Заземление. Что это такое и как его сделать.

Содержание

Заземление. Что это такое и как его сделать.

В первой части я опишу терминологию, основные виды заземления (назначение) и предъявляемые к заземлению требования.
Во второй части будет рассказ про традиционные решения, применяемые при строительстве заземляющих устройств, с перечислением достоинств и недостатков этих решений.
Третья часть в некотором смысле продолжит вторую. В ней будет содержаться описание новых технологий, используемых при строительстве заземляющих устройств. Как и во второй части, с перечислением достоинств и недостатков этих технологий.

Если читатель обладает теоретическими знаниями и интересуется только практической реализацией — ему лучше пропустить первую часть и начать чтение со второй части.

Если читатель обладает необходимыми знаниями и хочет познакомиться только с новинками — лучше пропустить первые две части и сразу перейти к чтению третьей.

Мой взгляд на описанные методы и решения в какой-то степени однобокий. Прошу читателя понимать, что я не выдвигаю свой материал за всеобъемлющий объективный труд и выражаю в нём свою точку зрения, свой опыт.Некоторая часть текста является компромиссом между точностью и желанием объяснить “человеческим языком”, поэтому допущены упрощения, могущие “резать слух” технически подкованного читателя.

1 часть. Заземление

зеземление

В этой части я расскажу о терминологии, об основных видах заземления и о качественных характеристиках заземляющих устройств.

А. Термины и определения

Б. Назначение (виды) заземления

Б1. Рабочее (функциональное) заземление

Б2. Защитное заземление

Б2.1. Заземление в составе внешней молниезащиты

Б2.2. Заземление в составе системы защиты от перенапряжения (УЗИП)

Б2.3. Заземление в составе электросети

В. Качество заземления. Сопротивление заземления.

В1. Факторы, влияющие на качество заземления

В1.1. Площадь контакта заземлителя с грунтом

В1.2. Электрическое сопротивление грунта (удельное)

В2. Существующие нормы сопротивления заземления

В3. Расчёт сопротивления заземления

А. Термины и определения

Чтобы избежать путаницы и непонимания в дальнейшем рассказе — начну с этого пункта. Я приведу установленные определения из действующего документа “Правила Устройства Электроустановок (ПУЭ)” в последней редакции (глава 1.7 в редакции седьмого издания).

И попытаюсь “перевести” эти определения на “простой” язык.

Заземление — преднамеренное электрическое соединение какой-либо точки сети, электроустановки или оборудования с заземляющим устройством (ПУЭ 1.7.28).

Грунт является средой, имеющей свойство “впитывать” в себя электрический ток. Также он является некоторой “общей” точкой в электросхеме, относительно которой воспринимается сигнал.

Заземляющее устройство — совокупность заземлителя/ заземлителей и заземляющих проводников (ПУЭ 1.7.19).

Это устройство/ схема, состоящее из заземлителя и заземляющего проводника, соединяющего этот заземлитель с заземляемой частью сети, электроустановки или оборудования. Может быть распределенным, т.е. состоять из нескольких взаимно удаленных заземлителей.

На рисунке оно показано толстыми красными линиями:

Заземлитель — проводящая часть или совокупность соединенных между собой проводящих частей, находящихся в электрическом контакте с грунтом (ПУЭ 1.7.15).

Проводящая часть — это металлический (токопроводящий) элемент/ электрод любого профиля и конструкции (штырь, труба, полоса, пластина, сетка, ведро и т.п.), находящийся в грунте и через который в него “стекает” электрический ток от электроустановки. Конфигурация заземлителя (количество, длина, расположение электродов) зависит от требований, предъявляемых к нему, и способности грунта “впитывать” в себя электрический ток идущий/ “стекающий” от электроустановки через эти электроды.

Дополнительная информация доступна на отдельной странице «Заземлитель».

На рисунке он показан толстыми красными линиями:

Сопротивление заземления — отношение напряжения на заземляющем устройстве к току, стекающему с заземлителя в землю (ПУЭ 1.7.26).

Сопротивление заземления — основной показатель заземляющего устройства, определяющий его способность выполнять свои функции и определяющий его качество в целом. Сопротивление заземления зависит от площади электрического контакта заземлителя (заземляющих электродов) с грунтом (“стекание” тока) и удельного электрического сопротивления грунта, в котором смонтирован этот заземлитель (“впитывание” тока).

Дополнительная информация доступна на отдельной странице «Сопротивление заземления».

Заземляющий электрод (электрод заземлителя) — проводящая часть, находящаяся в электрическом контакте с локальной землей (ГОСТ Р 50571.21-2000 п. 3.21)

Повторюсь: в качестве проводящей части может выступать металлический (токопроводящий) элемент любого профиля и конструкции (штырь, труба, полоса, пластина, сетка, ведро и т.п.), находящийся в грунте и через который в него “стекает” электрический ток от электроустановки.

На рисунке они показаны толстыми красными линиями:

Далее определения, не встречающиеся или не описанные достаточно точно в стандартах и нормах, поэтому имеющие только мое описание.

Контур заземления — “народное” название заземлителя или заземляющего устройства, состоящего из нескольких заземляющих электродов (группы электродов), соединенных друг с другом и смонтированных вокруг объекта по его периметру/ контуру.

Дополнительная информация доступна на отдельной странице «Контур заземления».

На рисунке объект обозначен серым квадратом в центре, а контур заземления — толстыми красными линиями:

Удельное электрическое сопротивление грунта — параметр, определяющий собой уровень «электропроводности» грунта как проводника, то есть как хорошо будет растекаться в такой среде электрический ток от заземляющего электрода. Это измеряемая величина, зависящая от состава грунта, размеров и плотности прилегания друг к другу его частиц, влажности и температуры, концентрации в нем растворимых химических веществ (солей, кислотных и щелочных остатков).

Дополнительная информация доступна на отдельной странице «Удельное сопротивление грунта».

Б. Назначение (виды) заземления

Заземление делится на два основных вида по выполняемой роли — на рабочее (функциональное) и защитное. Также в различных источниках приводятся дополнительные виды, такие как: “инструментальное”, “измерительное”, “контрольное”, “радио”.

Б1. Рабочее (функциональное) заземление

Это заземление точки или точек токоведущих частей электроустановки, выполняемое для обеспечения работы электроустановки (не в целях электробезопасности) (ПУЭ 1.7.30).

Рабочее заземление (электрический контакт с грунтом) используется для нормального функционирования электроустановки или оборудования, т.е. для их работы в ОБЫЧНОМ режиме.

Б2. Защитное заземление

Это заземление, выполняемое в целях электробезопасности (ПУЭ 1.7.29).

Защитное заземление обеспечивает защиту электроустановки и оборудования, а также защиту людей от воздействия опасных напряжений и токов, могущих возникнуть при поломках, неправильной эксплуатации техники (т.е. в АВАРИЙНОМ режиме) и при разрядах молний. Также защитное заземление используется для защиты аппаратуры от помех при коммутациях в питающей сети и интерфейсных цепях, а также от электромагнитных помех, наведенных от работающего рядом оборудования. Подробнее защитное назначение заземления можно рассмотреть на двух примерах:

в составе внешней молниезащитной системы в виде заземленного молниеприёмника
в составе системы защиты от импульсного перенапряжения
в составе электросети объекта

Б2.1. Заземление в составе молниезащиты

Молния — это разряд или другими словами «пробой», возникающий ОТ облака К земле, при накоплении в облаке заряда критической величины (относительно земли). Примерами этого явления в меньших масштабах является “пробой” ( wiki ) в конденсаторе и газовый разряд ( wiki ) в лампе.

Воздух — это среда с очень большим сопротивлением (диэлектрик), но разряд преодолевает его, т.к. обладает большой мощностью. Путь разряда проходит по участкам наименьшего сопротивления, таким как капли воды в воздухе и деревья. Этим объясняется корнеобразная структура молнии в воздухе и частое попадание молнии в деревья и здания (они имеют меньшее сопротивление, чем воздух в этом промежутке).

При попадании в крышу здания, молния продолжает свой путь к земле, также выбирая участки с наименьшим сопротивлением: мокрые стены, провода, трубы, электроприборы — таким образом представляя опасность для человека и оборудования, находящихся в этом здании.

Молниезащита предназначена для отвода разряда молнии от защищаемого здания/ объекта. Разряд молнии, идущий по пути наименьшего сопротивления попадает в металлический молниеприёмник над объектом, затем по металлическим молниеотводам, расположенным снаружи объекта (например, на стенах), спускается до грунта, где и расходится в нём (напоминаю: грунт является средой, имеющей свойство “впитывать” в себя электрический ток).

Для того, чтобы сделать молниезащиту «привлекательной» для молнии, а также для исключения распространения молниевых токов от деталей молниезащиты (приёмник и отводы) внутрь объекта, её соединение с грунтом производится через заземлитель, имеющий низкое сопротивление заземления.

Заземление в такой системе является обязательным элементом, т.к. именно оно обеспечивает полный и быстрый переход молниевых токов в грунт, не допуская их распространение по объекту.

Дополнительная информация доступна на отдельной странице «Молниезащита и заземление».

Б2.2. Заземление в составе системы защиты от импульсного перенапряжения (УЗИП)

УЗИП предназначено для защиты электронного оборудования от заряда, накопленного на каком-либо участке линии/сети в результате воздействия электромагнитного поля (ЭМП), наведенного от рядом стоящей мощной электроустановки (или высоковольтной линии) или ЭМП, возникшего при близком (до сотен метров) разряде молнии.

Ярким примером этого явления является накопление заряда на медном кабеле домовой сети или на “пробросе” между зданиями во время грозы. В какой-то момент приборы, подключенные к этому кабелю (сетевая карта компьютера или порт коммутатора), не выдерживают «размера» накопившегося заряда и происходит электрический пробой внутри этого прибора, разрушающий его (упрощенно).

Для “стравливания” накопившегося заряда параллельно “нагрузке” на линию перед оборудованием ставится УЗИП.

Классический УЗИП представляет собой газовый разрядник ( wiki ), рассчитанный на определенный «порог» заряда, который меньше “запаса прочности” защищаемого оборудования. Один из электродов этого разрядника заземляется, а другой — подключается к одному из проводов линии/ кабеля.

При достижении этого порога внутри разрядника возникает разряд между электродами. В результате чего накопленный заряд сбрасывается в грунт (через заземление).

Как и в молниезащите — заземление в такой системе является обязательным элементом, т.к. именно оно обеспечивает своевременное и гарантированное возникновение разряда в УЗИПе, не допуская превышение заряда на линии выше безопасного для защищаемого оборудования уровня.

Б2.3. Заземление в составе электросети

Третий пример защитной роли заземления — это обеспечение безопасности человека и электрооборудования при поломках/ авариях.

Проще всего такая поломка описывается замыканием фазного провода электросети на корпус прибора (замыкание в блоке питания или замыкание в водонагревателе через водную среду). Человек, коснувшийся такого прибора, создаст дополнительную электрическую цепь, через которую побежит ток, вызывающий в теле повреждения внутренних органов — прежде всего нервной системы и сердца.

Для устранения таких последствий используется соединение корпусов с заземлителем (для отвода аварийных токов в грунт) и защитные автоматические устройства, за доли секунды отключающие ток при аварийной ситуации.
Например, заземление всех корпусов, шкафов и стоек телекоммуникационного оборудования.

В. Качество заземления. Сопротивление заземления.

Для корректного выполнения заземлением своих функций оно должно иметь определенные параметры/ характеристики. Одним из главных свойств, определяющих качество заземления, является сопротивление растеканию тока (сопротивление заземления), определяющее способность заземлителя (заземляющих электродов) передавать токи, поступающие на него от оборудования в грунт.

Это сопротивление имеет конечные значения и в идеальном случае представляет собой нулевую величину, что означает отсутствие какого-либо сопротивления при пропускании «вредных» токов (это гарантирует их ПОЛНОЕ поглощение грунтом).

Дополнительная информация доступна на отдельной странице «Сопротивление заземления».

В1. Факторы, влияющие на качество заземления

Сопротивление в основном зависит от двух условий:

площадь ( S ) электрического контакта заземлителя с грунтом
электрическое сопротивление ( R ) самого грунта, в котором находятся электроды

В1.1. Площадь контакта заземлителя с грунтом.

Чем больше будет площадь соприкосновения заземлителя с грунтом, тем больше площадь для перехода тока от этого заземлителя в грунт (тем более благоприятные условия создаются для перехода тока в грунт). Это можно сравнить с поведением автомобильного колеса на повороте. Узкая покрышка имеет небольшую площадь контакта с асфальтом и легко может начать скользить по нему, “отправив” автомобиль в занос. Широкая покрышка, да еще и немного спущенная, имеет много бОльшую площадь контакта с асфальтом, обеспечивая надежное сцепление с ним и, следовательно, надежный контроль за движением.

Увеличить площадь контакта заземлителя с грунтом можно либо увеличив количество электродов, соединив их вместе (сложив площади нескольких электродов), либо увеличив размер электродов. При применении вертикальных заземляющих электродов последний способ очень эффективен, если глубинные слои грунта имеют более низкое электрическое сопротивление, чем верхние.

В1.2. Электрическое сопротивление грунта (удельное)

Напомню: это величина, определяющая — как хорошо грунт проводит ток через себя. Чем меньшее сопротивление будет иметь грунт, тем эффективнее/ легче он будет “впитывать” в себя ток от заземлителя.

Примерами грунтов, хорошо проводящих ток, является солончаки или сильно увлажненная глина. Идеальная природная среда для пропускания тока — морская вода. Примером “плохого” для заземления грунта является сухой песок.

Возвращаясь к первому фактору и способу уменьшения сопротивления заземления в виде увеличения глубины электрода можно сказать, что на практике более чем в 70% случаев грунт на глубине более 5 метров имеет в разы меньшее удельное электрическое сопротивление, чем у поверхности, за счет большей влажности и плотности. Часто встречаются грунтовые воды, которые обеспечивают грунту очень низкое сопротивление. Заземление в таких случаях получается очень качественным и надежным.

В2. Существующие нормы сопротивления заземления

Так как идеала (нулевого сопротивления растеканию) достигнуть невозможно, все электрооборудование и электронные устройства создаются исходя из некоторых нормированных величин сопротивления заземления, например 0.5, 2, 4, 8, 10, 30 и более Ом.

Для ориентирования приведу следующие значения:

для подстанции с напряжением 110 кВ сопротивление растеканию токов должно быть не более 0,5 Ом (ПУЭ 1.7.90)
при подключении телекоммуникационного оборудования, заземление обычно должно иметь сопротивление не более 2 или 4 Ом
для уверенного срабатывания газовых разрядников в устройствах защиты воздушных линий связи (например, локальная сеть на основе медного кабеля или радиочастотный кабель) сопротивление заземления, к которому они (разрядники) подключаются должно быть не более 2 Ом. Встречаются экземпляры с требованием в 4 Ом.
у источника тока (например, трансформаторной подстанции) сопротивление заземления должно быть не более 4 Ом при линейном напряжении 380 В источника трехфазного тока или 220 В источника однофазного тока (ПУЭ 1.7.101)
у заземления, использующегося для подключения молниеприёмников, сопротивление должно быть не более 10 Ом (РД 34.21.122-87, п.

для частных домов, с подключением к электросети 220 Вольт / 380 Вольт:

при использовании системы TN-C-S необходимо иметь локальное заземление с рекомендованным сопротивлением не более 30 Ом (ориентируюсь на ПУЭ 1.7.103)
при использовании системы TT (изолирование заземления от нейтрали источника тока) и применении устройства защитного отключения (УЗО) с током срабатывания 100 мА необходимо иметь локальное заземление с сопротивлением не более 500 Ом (ПУЭ 1.7.59)

В3. Расчёт сопротивления заземления

Для успешного проектирования заземляющего устройства, имеющего необходимое сопротивление заземления, применяются, как правило, типовые конфигурации заземлителя и базовые формулы для расчётов.

Конфигурация заземлителя обычно выбирается инженером на основании его опыта и возможности её (конфигурации) применения на конкретном объекте.

Выбор формул расчёта зависит от выбранной конфигурации заземлителя. Сами формулы содержат в себе параметры этой конфигурации (например, количество заземляющих электродов, их длину, толщину) и параметры грунта конкретного объекта, где будет размещаться заземлитель. Например, для одиночного вертикального электрода эта формула будет такой:

Точность расчёта обычно невысока и зависит опять же от грунта — на практике расхождения практических результатов встречается в почти 100% случаев. Это происходит из-за его (грунта) большой неоднородности: он изменяется не только по глубине, но и по площади — образуя трёхмерную структуру. Имеющиеся формулы расчёта параметров заземления с трудом справляются с одномерной неоднородностью грунта, а расчёт в трёхмерной структуре сопряжен с огромными вычислительными мощностями и требует крайне высокую подготовку оператора.

Кроме того, для создания точной карты грунта необходимо произвести большой объем геологических работ (например, для площади 10*10 метров необходимо сделать и проанализировать около 100 шурфов длиной до 10 метров), что вызывает значительное увеличение стоимости проекта и чаще всего не возможно.

В свете вышесказанного почти всегда расчёт является обязательной, но ориентировочной мерой и обычно ведётся по принципу достижения сопротивления заземления “не более, чем”. В формулы подставляются усредненные значения удельного сопротивления грунта, либо их наибольшие величины. Это обеспечивает “запас прочности” и на практике выражается в заведомо более низких (ниже — значит лучше) значениях сопротивления заземления, чем ожидалось при проектировании.

Дополнительная информация доступна на отдельной странице «Заземлитель».

Строительство заземлителей

При строительстве заземлителей чаще всего применяются вертикальные заземляющие электроды. Это связано с тем, что горизонтальные электроды трудно заглубить на большую глубину, а при малой глубине таких электродов — у них очень сильно увеличивается сопротивление заземления (ухудшение основной характеристики) в зимний период из-за замерзания верхнего слоя грунта, приводящее к большому увеличению его удельного электрического сопротивления.

В качества вертикальных электродов почти всегда выбирают стальные трубы, штыри/ стержни, уголки и т.п. стандартную прокатную продукцию, имеющую большую длину (более 1 метра) при сравнительно малых поперечных размерах. Этот выбор связан с возможностью легкого заглубления таких элементов в грунт в отличии, например, от плоского листа.

Подробнее о строительстве — в следующих частях.

2 часть. Традиционные способы строительства заземляющих устройств (описание, расчёт, монтаж)

Традиционные способы строительства заземляющих устройств

1 часть. Заземление
(общая информация, термины и определения)

2 часть. Традиционные способы строительства заземляющих устройств
(описание, расчёт, монтаж)

3 часть. Современные способы строительства заземляющих устройств
(описание, расчёт, монтаж)

В этой части я расскажу о традиционных/ классических способах строительства заземлителей, применяемых примерно с начала двадцатого века.

Г. Основные способы строительства

Г1. Несколько коротких электродов (“уголок и кувалда”)

Г1.1. Особенности решения

Г1.1.1. Промерзание грунта зимой

Г1.1.2. Взаимное “экранирование”/ “затенение” электродов

Г1.2. Расчёт получаемого сопротивления заземления и необходимого количества заземляющих электродов

Г1.3. Монтаж

Г1.4. Достоинства и недостатки

Г1.5. Уменьшение количества электродов

Г2. Одиночный глубинный электрод (“обсадная труба”)

Г2.1. Особенность решения

Г2.2. Расчёт получаемого сопротивления заземления

Г2.3. Монтаж

Г2.4. Достоинства и недостатки

Г. Основные способы строительства

Напомню, в прошлой части я остановился на общем подходе.

При строительстве заземлителей чаще всего применяются вертикальные заземляющие электроды. Это связано с тем, что горизонтальные электроды трудно заглубить на большую глубину, а при малой глубине таких электродов — у них очень сильно увеличивается сопротивление заземления (ухудшение основной характеристики) в зимний период из-за замерзания верхнего слоя грунта, приводящее к большому увеличению его удельного электрического сопротивления. В качества вертикальных электродов почти всегда выбирают стальные трубы, штыри/ стержни, уголки и т.п. стандартную прокатную продукцию, имеющую большую длину (более 1 метра) при сравнительно малых поперечных размерах. Этот выбор связан с возможностью легкого заглубления таких элементов в грунт в отличии, например, от плоского листа.

Существует два основных традиционных способа/ решения для строительства заземляющих электродов. Оба базируются на применении вертикальных заземляющих электродов.

Г1. Несколько коротких электродов (“уголок и кувалда”)

При таком подходе в качестве заземляющих электродов применяются небольшие (2-3 метра) стальные уголки/ штыри. Для создания заземлителя они соединяются вместе около поверхности грунта стальной полосой путем приваривания её к этим элементам электро или газосваркой.

Заглубление электродов в грунт производится банальным заколачиванием их кувалдой, которая находится в руках физически сильного и выносливого монтажника. Поэтому такое решение повсеместно применяется под условным названием «уголок и кувалда».

Большая площадь контакта заземлителя с грунтом (вот о чём я) достигается большим количеством электродов (многоэлектродный заземлитель). Увеличивать глубину электродов (альтернативный путь увеличения площади контакта) очень затруднительно, т.к. с увеличением глубины увеличивается сила трения между монтируемым электродом и грунтом, а вес кувалды и силы монтажника имеют предел.

При выборе уголков/ штырей и другого подходящего металлопроката необходимо учитывать их коррозионную стойкость и возможность пропускать через себя токи большой величины в течении какого-то времени без расплавления.

Минимальные разрешенные поперечные размеры (сечения) заземляющих электродов описаны в таблице 1.7.4 ПУЭ, но последние годы чаще применяются поправленные и дополненные величины из таблицы 1 техциркуляра 11 от 2006 года ассоциации «РосЭлектроМонтаж» (источники).

для уголка или прямоугольного профиля (полосы) из чёрной стали поперечное сечение должно составлять не менее 150 мм 2 при минимальной толщине стенки 5 мм
для круглого стержня из чёрной стали минимальный диаметр должен быть 18 мм
для трубного профиля из чёрной стали минимальный диаметр должен быть 32 мм при минимальной толщине стенки не менее 3,5 мм

Г1.1. Особенности решения

При увеличении количества электродов необходимо учитывать некоторые особенности.

Г1.1.1. Промерзание грунта зимой

Зимой из-за промерзания грунта на глубины, в которых находится половина длины электродов (а это до 2-х метров) сопротивление такого заземлителя увеличивается. Для компенсации этого увеличения (для сохранения удовлетворительного качества заземления) заземлитель выполняется с достаточным “запасом” электродов. Например, для трёхметровых электродов необходимо двухкратное увеличение количества.

Г1.1.2. Взаимное “экранирование”/ “затенение” электродов

Кроме того, увеличением количества электродов необходимо компенсировать само увеличение количества электродов Этот негативный момент т.н. “экранирования”/ “затенения” возникает при использовании множества заземляющих электродов и не позволяет близкорасположенным электродам полноценно “рассеивать” ток в окружающий грунт. Выражается в виде коэффициента использования проводимости заземлителя.

Например: десять электродов глубиной по 3 метра, расположенных в линию на расстоянии 3 метра (т.е. на расстояние = своей глубине) друг от друг “работают” на 60% от своей максимальной эффективности. Десять этих же электродов, расположенных на расстоянии 6 метров (т.е. на расстояние = своей двойной глубине) друг от друга “работают” на 75% от своей максимальной эффективности. Стопроцентная эффективность достигается отдалением электродов на расстояния около 30 метров (10 их глубин), что на практике никогда не используется в угоду стремления к адекватной компактности и стоимости монтажа заземляющего устройства.

Г1.2. Расчёт получаемого сопротивления заземления и необходимого количества заземляющих электродов

Опишу расчёты на примере десяти наиболее часто используемых для такого способа трёхметровых электродов в виде стального равнополочного уголка с шириной полки 50 мм, монтируемых на расстоянии 3-х метров друг от друга в канаве глубиной 0,5 метров (в п. Г1.3. объяснение “почему так”). Грунт, в котором будут монтироваться эти электроды, будет суглинком, обычным для России, с удельным электрическим сопротивлением 100 Ом*м.

Расчёты не сложны и проводятся в 3 этапа.

Получаемое сопротивление заземления

1 этап. Для начала необходимо вычислить сопротивление заземления одного заземляющего электрода. Сопротивление заземления одиночного вертикального заземляющего электрода вычисляется по формуле:

R1 составит 27,8 Ом
(при p = 100 Ом*м, L = 3 м, d = 0.05 м (50 мм; для плоских электродов под диаметром понимается их ширина), T = 2 м (T — расстояние от верхнего уровня грунта до середины заглубленного электрода)).

2 этап. Общее сопротивление нескольких электродов в идеальных условиях будет меньше сопротивления заземления одного электрода во столько раз, сколько будет электродов.

Для десяти электродов общее сопротивление будет меньше в 10 раз и составит 2,78 Ом.

3 этап. “Компенсации”.
Сезонный коэффициент (увеличения сопротивления заземления в замерзшем зимой грунте) для таких электродов будет равен 2 (откуда это). Коэффициент использования проводимости электродов будет равен 0.6, т.к. расстояние между электродами будет 3 метра (т.е. равное глубине электрода), а их количество — 10 штук (откуда это). Оба коэффициента увеличивают сопротивление заземления.

Итоговое общее сопротивление заземления вышеприведенных 10-ти электродов будет равно 5,56 Ом летом и 9,27 Ом зимой.

Необходимое количество заземляющих электродов

Представим, что наша задача — заземлить телекоммуникационное оборудование и для этого необходимо получить заземление с сопротивлением не более 4 Ом.

1 этап. Всё повторяется. Вычисляем сопротивление заземления одного/ одиночного заземляющего электрода.

R1 составит 27,8 Ом.

2 этап. Количество электродов в идеальных условиях напрямую зависит от необходимого сопротивления заземления с округление в большую сторону (“потолок”).

Для достижения 4-х Ом количество электродов получится 7 штук (округление 6,95).

3 этап. “Компенсации”.
Сезонный коэффициент (увеличения сопротивления заземления в замерзшем зимой грунте) для таких электродов будет равен 2. Коэффициент использования проводимости электродов будет зависеть от рассчитываемого количества электродов — заранее его не выбрать. Однако можно прикинуть наихудший вариант и, допустив, что электродов будет больше 20, взять для расчёта величину 0,5. Оба коэффициента увеличивают необходимое количество заземляющих электродов.

Итоговое необходимое количество вышеприведенных заземляющих электродов будет равно 28 штук (округление 27,8). Совпадение с сопротивлением заземления одного электрода случайно.

Г1.3. Монтаж

Монтаж описанного выше многоэлектродного заземлителя выглядит примерно так.

От места ввода заземляющего проводника внутрь здания/ объекта по периметру/ контуру этого здания вдоль его стен на удалении в 1 метр копается канава длиной 84 метра (28 электродов на 3 метра) глубиной 0,5-0,7 метра.
В эту канаву на расстоянии не менее 3-х метров друг от друга кувалдой забиваются предварительно заостренные с нижней стороны (болгаркой) стальные уголки или отрезки арматуры длиной 3 метра в количестве 28 метров.
После забивания всех электродов — в канаву укладывается заземляющий проводник от ввода в здание (где расположен электрощит) до самого дальнего электрода. Обычно при таком способе таким проводником выступает стальная полоса 4*50 мм.
Полоса качественно (!) длинным швом приваривается к электродам.
Место сварки покрывается слоем битума или антикоррозионной краской, т.к. оно имеет склонность к быстрой коррозии в грунте.
Канава засыпается.
Снаружи или внутри здания делается переход со стальной полосы на медный провод, подключаемый к электрощиту. Для малых мощностей обычно делается вот так:

Углубление на 0,5-0,7 метра (канава) необходимо для механической и погодной изоляции проводника (полосы) и верхушек электродов. Например, чтобы не повредить их во время копки грунта для цветника и чтобы сталь меньше намокала во время дождя (это позволяет уменьшить её коррозию, а значит увеличить срок службы).

Взаимное расстояние между электродами не менее 3-х метров является некоторый мерой противодействия эффекту “экранирования”/ “затенения” электродов друг от друга.

Использование сварки для соединения элементов из чёрной стали — настоятельно рекомендовано ПУЭ (п. 1.7.139).

стальной уголок шириной 50 мм и толщиной стенки 5 мм = 84 метра
или отрезки стальной гладкой арматуры диаметром 18 мм = 84 метра
стальная полоса 4*50 мм = около 85 метров
битум или антикоррозионная краска

лопата
кувалда потяжелее (4-5 кг)
сварочный аппарат

сильный и выносливый монтажник
монтажник, обладающий навыками сварщика

Г1.4. Достоинства и недостатки

Достоинства:

простота
дешевизна материалов и монтажа
доступность материалов и монтажа

высокая стоимость доставки материала на объект (в легковой автомобиль не положить из-за размеров и веса материалов)
необходимость применения большого объема грубой силы (копать канаву, махать кувалдой)
необходима сварка, а значит, сварочный аппарат и человек с навыками сварщика. Ситуация усугубляется при отсутствии на объекте электричества.
большая площадь, занимаемая заземлителем: часто несколько десятков метров около здания (десять 3-метровых электродов должны будут расположены в канаве длиной 27 метров)
небольшой срок службы электродов в 5-15 лет (особенно в грунтах с высокими грунтовыми водами). Увеличение поперечных размеров (толщины стали) чревато увеличением сложности монтажа.
неудобный монтаж, т.к. при использовании даже 2-метровых электродов в начале забивания необходимо вставать на какую-то скамейку/ лестницу и уже с нее “махать кувалдой”
невозможность монтажа в каменистом грунте

Г1.5. Уменьшение количества электродов

Иногда совместно с этим решением применяется метод кардинального снижения удельного электрического сопротивления грунта, который позволяет сократить количество заземляющих электродов в 2-3 раза при сохранении получаемого сопротивления заземления. Иными словами — этот метод позволяет существенно снизить сопротивление заземления. Речь идёт о засолении грунта в месте размещения электродов путем добавления в него большого объема поваренной соли NaCl (в среднем — 5 килограмм на метр длины канавы, в которую ведется монтаж). При её растворении в грунте (выщелачивании (wiki)) резко повышается концентрация ионов, участвующих в переносе заряда, а следовательно снижается его (грунта) электрическое сопротивление.

При неоспоримом положительном достоинстве такого метода, а также при его простоте и дешевизне — он имеет два огромных недостатка, которые грозят восстановлением заземлителя практически “с нуля”:

за счет вымывания соли из грунта (дожди, весеннее таяние снега), концентрация ионов падает до естественного уровня за 1-3 года
соль вызывает сильную коррозию стали, разрушая электроды и заземляющий проводник за 2-3 лет

Г2. Одиночный глубинный электрод (“обсадная труба”)

Г2.1. Особенность решения

Г2.2. Расчёт получаемого сопротивления заземления

Г2.3. Монтаж

Г2.4. Достоинства и недостатки

При таком подходе заземлителем является глубокий электрод (чаще всего одиночный) в виде стальной трубы, размещенной в пробуриваемом в грунте отверстии. Бурение и размещение в отверстии трубы выполняется специальной машиной — буровой установкой (обычно на базе грузового автомобиля).

Большая площадь контакта заземлителя с грунтом (вот о чём я) достигается большой длиной (вернее, глубиной) электрода. Кроме того, за счет достижения глубинных слоев грунта, в большинстве случаев имеющих меньшее удельное электрические сопротивление, такой способ имеет бОльшую эффективность (меньшее сопротивление заземления), чем первый — при одинаковой суммарной длине электродов.

Г2.1. Особенность решения

При увеличении глубины электрода необходимо учитывать, что в однородном грунте сопротивление заземления снижается не пропорционально этому увеличению (больше глубина -> меньше уменьшение сопротивления).

Поэтому при отсутствии на глубине слоев грунта с более низким удельным электрическим сопротивлением стоит рассмотреть вопрос увеличения количества электродов, а не увеличения глубины одиночного электрода. На решение этого вопроса будут влиять и стоимость монтажа дополнительных электродов, и доступность площади для их размещения.

Но напомню (оригинал): . на практике более чем в 70% случаев грунт на глубине более 5 метров имеет в разы меньшее удельное электрическое сопротивление, чем у поверхности, за счет большей влажности и плотности.

Г2.2. Расчёт получаемого сопротивления заземления

Опишу расчёты на примере одиночного тридцатиметрового электрода в виде стальной трубы диаметром 100 мм, смонтированной в канаве глубиной 0,5 метров. Грунт, в котором будет монтироваться этот электрод, будет для упрощения расчёта однородным суглинком, обычным для России, с удельным электрическим сопротивлением 100 Ом*м.

Расчёт проводится в 1 этап.

Сопротивление заземления одиночного вертикального заземляющего электрода вычисляется по формуле:

R1 составит 3,7 Ом
(при p = 100 Ом*м, L = 30 м, d = 0.1 м (100 мм), T = 15.5 м (T — расстояние от верхнего уровня грунта до середины заглубленного электрода)).

Сравните с результатом в п. Г1.2. Даже при условии однородного грунта одиночный глубинный заземлитель оказывается много эффективнее, чем многоэлектродный, что скажется на огромной разнице в занимаемой этим заземлителем площадки на поверхности.

Но в этой “эйфории” не стоит забывать про стоимость буровых работ, о чём я упомяну ниже в п. Г2.4. (“Недостатки”).

Г2.3. Монтаж

На практике монтаж такого заземлителя в чём-то проще монтажа многоэлектродного заземлителя из первого решения (Г1).

От места ввода заземляющего проводника внутрь здания/ объекта на удалении в 3 метра (для безопасного подъезда установки) в сторону перпендикулярно стены копается канава длиной 3-4 метра глубиной 0,5-0,7 метра.
Буровая установка производит бурение и установку электрода (“обсадная труба”).
В канаву укладывается заземляющий проводник от ввода в здание (где расположен электрощит) до электрода. Обычно при таком способе таким проводником выступает стальная полоса 4*50 мм.
Полоса качественно (!) длинным швом приваривается к электроду-трубе.
Место сварки покрывается слоем битума или антикоррозионной краской, т.к. оно имеет склонность к быстрой коррозии в грунте.
Канава засыпается.
Снаружи или внутри здания делается переход со стальной полосы на медный провод, подключаемый к электрощиту. Например, как описано в п. Г1.3.

стальная труба диаметром 100-200 мм с толщиной стенки 3,5-5 мм = 30 метров
стальная полоса 4*50 мм = около 5 метров
битум или антикоррозионная краска

буровая установка
лопата
сварочный аппарат

монтажник, обладающий навыками сварщика

Г2.4. Достоинства и недостатки

Достоинства:

высокая эффективность
компактность, т.к. не нужно “городить” множество электродов
сезонная НЕзависимость качества заземления. Зимой из-за промерзания грунта сопротивление такого заземлителя почти не изменяется из-за нахождения в зоне промерзающего грунта не более 5-10% длины электрода.

высокая стоимость буровых работ (от 1500-2000 рублей за метр бурения). Приведенный в расчётах (п. Г2.2.) электрод обойдется в 50-60 тысяч рублей.
(как и у первого способа) необходима сварка, а значит, сварочный аппарат и человек с навыками сварщика.
(как и у первого способа) небольшой срок службы электродов в 5-15 лет (особенно в грунтах с высокими грунтовыми водами). При использовании толстостенной трубы возможно его увеличение до большего срока, однако это вызывает увеличение стоимости этой трубы.

Современные технологии

Традиция — это прогресс в минувшем; в будущем прогресс станет традицией (Эдуар Эррио)

В конце двадцатого века было разработано решение, которое обладает достоинствами обоих описанных выше способов, не имея присущих им недостатков.

Кроме того, сильное влияние засоления грунта на снижение сопротивления заземления (п. Г1.5.) настолько привлекло внимание инженеров, что было найдено “лекарство” от недостатков этого метода — вымывания соли из грунта и коррозии электродов. Оно породило очень интересный способ строительства заземлителя, применимый там, где пасуют простые металлические электроды — в вечномёрзлых, а также каменистых грунтах.

О них я расскажу в следующей, заключительной, части.

3 часть. Современные способы строительства заземляющих устройств (описание, расчёт, монтаж)

Современные способы строительства заземляющих устройств

1 часть. Заземление
(общая информация, термины и определения)

2 часть. Традиционные способы строительства заземляющих устройств
(описание, расчёт, монтаж)

3 часть. Современные способы строительства заземляющих устройств
(описание, расчёт, монтаж)

В этой части я расскажу о современных способах строительства заземлителей, которые обладают достоинствами традиционных способов строительства и лишены их недостатков.

Д. Основные способы строительства

Д1. Модульное заземление (для обычных грунтов)

Д1.1. Особенности решения

Д1.1.1. Универсальность и простота применения

Д1.1.2. Долгий срок службы

Д1.1.3. Зависимость уменьшения сопротивления заземления от увеличения глубины электрода

Д1.1.4. Суперкомпактность

Д1.1.5. Никакой сварки

Д1.2. Расчёт получаемого сопротивления заземления

Д1.3. Монтаж

Д1.4. Достоинства и недостатки

Д2. Электролитическое заземление (для вечномёрзлых или каменистых грунтов)

Д2.1. Особенности решения

Д2.1.1. Простота применения в вечномёрзлых или каменистых грунтах

Д2.1.2. Компактность

Д2.1.3. Образование талика

Д2.1.4. Никакой сварки

Д2.2. Расчёт получаемого сопротивления заземления

Д2.3. Монтаж

Д2.4. Достоинства и недостатки

Д. Основные способы строительства

Напомню о достоинствах и недостатках традиционных способов строительства заземлителей, описанных в прошлой части:

Несколько коротких электродов (п. Г1.4)

Достоинства:

простота
дешевизна материалов и монтажа
доступность материалов и монтажа

высокая стоимость доставки материала на объект
необходимость применения большого объема грубой силы
необходима сварка
большая площадь, занимаемая заземлителем
небольшой срок службы электродов в 5-15 лет
неудобный монтаж

Одиночный глубинный электрод (п. Г2.4)

Достоинства:

высокая эффективность
компактность
сезонная НЕзависимость качества заземления

высокая стоимость буровых работ
необходима сварка
небольшой срок службы электродов в 5-15 лет

Остановился я на общих словах:

В конце двадцатого века было разработано решение, которое обладает достоинствами обоих описанных выше способов, не имея присущих им недостатков.

Кроме того, сильное влияние засоления грунта на снижение сопротивления заземления (п. Г1.5.) настолько привлекло внимание инженеров, что было найдено “лекарство” от недостатков этого метода — вымывания соли из грунта и коррозии электродов. Оно породило очень интересный способ строительства заземлителя, применимый даже там, где пасуют простые металлические электроды — в вечномёрзлых, а также каменистых грунтах.

Д1. Модульное заземление (для обычных грунтов)

Идеальным сочетанием вышеописанных свойств способов строительства был бы какой-то способ, имеющий такой набор:

Достоинства:

простота
дешевизна материалов и монтажа
доступность материалов и монтажа
высокая эффективность
компактность
сезонная НЕзависимость качества заземления

Увы, чудес не бывает!
Тем не менее, чего бы нам хотелось:

сократить длину (глубину) монтируемых заземляющих электродов для удобства их ручного монтажа (чтобы не забивать эти электроды со стремянки)
оставить большую длину (глубину) заземляющих электродов
убрать буровую установку
убрать кувалду
убрать сварку
увеличить срок службы электродов без увеличения размеров до. ну пусть будет 100 лет
сохранить адекватную стоимость материалов.

Немного фантастично, но решение оказалось простым: технология, получившее название “модульное штыревое заземление”, сокращено “модульное заземление”.

Соединение штырей между собой

При таком способе строительства заземляющий электрод необходимой длины (глубины) представляет собой сборную конструкцию из нескольких коротких (1,5 метра) стальных штырей-модулей, имеющих небольшие поперечные размеры (диаметр менее 20 мм) с цинковым или медным покрытием, которые соединяются последовательно друг за другом. Для заглубления используется обычный бытовой электрический отбойный молоток с достаточной энергией удара.

Как и в случае “обсадной трубы” (п. Г2) — большая площадь контакта заземлителя с грунтом достигается большой длиной (глубиной) электрода. За счет достижения глубинных слоев грунта, в большинстве случаев имеющих меньшее удельное электрические сопротивление, такой способ имеет большую эффективность (меньшее сопротивление заземления).

Соединение штырей между собой может производится несколькими способами:

«глухое отверстие + шип»

Д1.1. Особенности решения. Антикоррозионные свойства.

Д1.1.1. Универсальность и простота применения

Это решение можно назвать “конструктором”, т.к. из унифицированных элементов собирается любая необходимая конструкция. Например, глубинный электрод на 30 метров.
Все детали имеют промышленное производство, что убирает необходимость что-то “допиливать” на объекте. При этом они имеют одинаковое качество и одинаковые свойства, что играет роль при проведении большого объёма монтажных работ на множестве однотипных объектах, а также положительно влияет на предсказуемость результатов.

Обращение со штырями облегчено, т.к. они имеют длину всего 1,5 метра и вес не более 3-х килограмм. Это позволяет перевозить их в небольшом легковом автомобиле.

Д1.1.2. Долгий срок службы

Покрытие стального штыря слоем цинка или меди увеличивает его срок службы до нескольких раз (относительно срока службы штыря таких же размеров без покрытия).

Способы защиты стали от коррозии у покрытий сильно различаются из-за разного участия этих металлов в электрохимических реакциях, оказывающих наиболее разрушительное влияние на штырь. Из-за разности этих реакций, разности производства, разности стоимости производства — ведутся постоянные споры, какое покрытие всё-таки лучше.

отсутствие необходимости механической защиты покрытия при монтаже. Повреждение целостности покрытия не приводит к последствиям, т.к. цинк всё равно защищает железо, находясь рядом.
дешевое, налаженное и широко распространенное производство оцинкованных изделий со стандартной для этого материала толщиной покрытия от 5 до 30 мкм (“горячее” и “холодное” цинкование)
антикоррозийная защита не только штырей, но и всех металлоконструкций в зоне действия. Однако эти металлоконструкции чаще всего не нуждаются в такой защите.

сравнительно небольшое увеличение срока службы штыря из-за малой толщины покрытия — до 15-25 лет.
Толстый слой цинкового покрытия имеет высокую стоимость. Кроме того, очень редко встречается производство, имеющее техническую возможность для этого.
сокращение срока службы штырей в присутствии большого количества металлоконструкций, расположенных рядом с ними

очень большой срок службы омеднённого штыря — до 100 лет (при соблюдении целостности покрытия)

необходимость создания покрытия большой толщины (от 200 мкм) для его защиты от глубокого повреждения при монтаже. Такое покрытие дороже более тонкого.
дорогостоящее и редкое производство омеднённых изделий с большой толщиной покрытия

Моё субъективное мнение
Раз уж добавляем покрытие для защиты от коррозии, то оно должно обеспечивать наиболее долгий срок службы при одинаковой стоимости производства (в сравнении с другими вариантами).
В этой плоскости я считаю, что лучшим выбором являются омеднённые штыри при условии безоговорочного качества покрытия, выраженного в:
— толщине не менее 200 мкм
— высокой адгезии ( wiki ) обеспечивающей сохранение защитного слоя при изгибе штыря (иногда встречается при монтаже)
Причём омеднённые штыри гораздо выгоднее оцинкованных из-за высоких цен на изготовление последних при стремлении достигнуть сопоставимый срок службы.

Испытания, проведённые одной из лабораторий экспериментально показали, что срок службы омеднённого штыря с покрытием толщиной 250 мкм в агрессивном грунте (кислом или щелочном) составляет не менее 30 лет, а в обычном суглинке достигнет 100 лет.

Также известно испытание, проведённое с 1910 по 1955 год Национальным Институтом Стандартов и Технологий США (The National Institute of Standards and Technology (NIST)). Было реализовано обширное исследование подземной коррозии, во время которого 36 500 образцов, представляющих 333 разновидности покрытий из черных и цветных металлов и защитных материалов, подвергались испытанию в 128 местах по всей территории Соединенных Штатов.
Одним из результатов этого исследования стал факт, что штырь заземления, покрытый 254 мкм меди, сохраняет свои технические характеристики в течение более 40 лет в большинстве типов почвы. А стержневые электроды, покрытые 99,06 мкм цинка, в этих же грунтах могут сохранять свои качества лишь в течение 10-15 лет.

Underground corrosion (United States. National Bureau of Standards. Circular 579)
Автор: Melvin Romanoff; Издатель: U.S. Govt. Print. Off., 1957)

Отдельно хочу отметить использование в качестве материала штырей нержавеющей стали . Этот материал имеет замечательные антикоррозионные свойства в сочетании с отличными механическими характеристиками , облегчающими производство деталей. Его единственный, но перечеркивающий достоинства недостаток — высокая стоимость .

Д1.1.3. Зависимость уменьшения сопротивления заземления от увеличения глубины электрода

Т.к. данное решение имеет все свойства глубинного заземлителя напомню его особенность (из п. Г2.1).

Зависимость уменьшения сопротивления заземления от увеличения глубины электрода

При увеличении глубины электрода необходимо учитывать, что в однородном грунте сопротивление заземления снижается не пропорционально этому увеличению (больше глубина -> меньше уменьшение сопротивления).

На практике более чем в 70% случаев грунт на глубине более 5 метров имеет в разы меньшее удельное электрическое сопротивление, чем у поверхности, за счет большей влажности и плотности.

Д1.1.4. Суперкомпактность

Небольшая длина штырей и использование небольшого по величине электроинструмента позволяет монтировать глубинные заземлители там, где раньше это было в принципе невозможно: на объектах при самой стеснённой внутриквартальной застройке и даже в подвалах зданий. При проведении работ вне здания для заглубления электрода достаточно “пятачка” земли диаметром 20 см.

Такая компактность особенно актуальна в свете необходимости получения большого количества документов на вскрытие покрытия, проведения работ и последующего облагораживания территории.

Д1.1.5. Никакой сварки

Все элементы конструкции надежно сопрягаются без электро или газосварки. Используются либо неразъёмные, либо резьбовые соединения. Для присоединения к смонтированному электроду заземляющего проводника используется специальный болтовой зажим из латуни или нержавеющей стали.

Д1.2. Расчёт получаемого сопротивления заземления

Расчёт (подробное описание) почти полностью повторяет расчёт одиночного электрода из п. Г2.2. за исключением поперечных размеров — у модульного заземления диаметр электрода не превышает 20 мм.

На примере тридцатиметрового составного электрода из омеднённых штырей диаметром 14 мм, смонтированного в канаве глубиной 0,5 метров. Грунт, в котором будет монтироваться этот электрод, будет для упрощения расчёта однородным суглинком, обычным для России, с удельным электрическим сопротивлением 100 Ом*м.

Расчёт проводится в 1 этап.

Сопротивление заземления одиночного вертикального заземляющего электрода вычисляется по формуле:

R1 составит 4,7 Ом (при p = 100 Ом*м, L = 30 м, d = 0.014 м (14 мм), T = 15.5 м (T — расстояние от верхнего уровня грунта до середины заглубленного электрода)).

Этот результат хуже, чем у электрода, имеющего диаметр 100 мм, но замечу — уменьшение диаметра электрода в 7 раз (700%) вызвало увеличение сопротивления заземления всего на 27%.

Д1.3. Монтаж

Монтаж модульного заземления очень лёгкий и доступен даже девушке.
Штыри забиваются в грунт друг за другом отбойным молотком постепенно увеличивая глубину заземляющего электрода. Отбойный молоток размещается над штырём.
Задачи монтажника: ровно держать молоток над штырём (не “на весу”, т.е. молоток своим весом давит не на руки, а на монтируемый штырь) и наращивать электрод — устанавливать следующий штырь над уже заглубленным.

Если монтаж выполняется вне здания то, монтаж модульного заземления/ заземлителя производится в канаве небольшой длины и глубиной 0.5 метра в которую также укладывается заземляющий проводник (медный провод или традиционная стальная полоса), идущий до объекта (электрощита).

Если монтаж выполняется внутри здания (в подвале), то монтаж заземлителя производится на уровне пола. Далее медным проводом полученный заземлитель подключается к щиту.

И при использовании стальной полосы и при использовании медного провода для их соединения со штырём в основном используется болтовой зажим из латуни или нержавеющей стали.

Иногда можно встретить способ соединения с помощью экзотермической сварки (смесь горючего материала с медной пылью заливает место контакта проводника и штыря, сваривая их между собой). Но это экзотика.

Подробнее о монтаже резьбовых штырей можно познакомиться на YouTube ( ссылка ).

UPD: Отбойный молоток можно взять в аренду на сутки (от 500-700 рублей) или купить почти в любом магазине электроинструмента (от 9-10 т.руб.).

Д1.4. Достоинства и недостатки

Достоинства:

простота и лёгкость монтажа. Все операции производит без серьёзного физического труда один человек без особой подготовки.
высокая эффективность заземлителя, обеспечивающая низкое сопротивление заземления
суперкомпактность, позволяющая монтировать заземлитель на очень маленькой площадке или в подвалах
большой срок службы заземляющего электрода (до 100 лет в суглинке)
сезонная НЕзависимость качества заземления. Зимой из-за промерзания грунта сопротивление такого заземлителя почти не изменяется из-за нахождения в зоне промерзающего грунта не более 5-10% длины электрода.
не нужна сварка. Элементы конструкции надежно сопрягаются без неё.

невозможность монтажа электрода в каменистом грунте. Гвоздь не забить в камень. Штырь за счёт высокой механической прочности конструкции может отодвинуть небольшой камень, встреченный на своём пути. Может, изогнувшись в сторону от контакта по касательной с большим камнем, продолжить заглубление не по вертикальной оси. Но попав в достаточно большой камень без возможности отклониться — он встанет.
сравнительно высокая цена омеднённых штырей (около 380 рублей за метр) и дополнительной комплектации к ним. Цена много ниже стоимости буровых работ, но она однозначно выше цен на чёрный металлопрокат, используемый при строительства традиционного многоэлектродного заземлителя. Однако объективнее сравнивать не “голую” стоимость материалов, а стоимость всех затрат при строительстве заземлителя. Часто оказывается, что суммарные затраты сопоставимы или даже ниже именно у модульного заземления (например, за счёт банальной экономии на доставке материалов на объект).

Понятие и принцип действия защитного заземления

Дело - труба

Заземление представляет собой заземлитель и заземляющие проводники, по которым ток стекает в грунт и нейтрализуется
Почва способна нейтрализовать электрический ток, так как степень ее напряжения равна нулю. Сопротивление – это основной показатель заземляющего устройства, по которому можно судить о его качестве и способности выполнять свое предназначение. Удельное сопротивление зависит от состава почвы, наличия в ней химических веществ – кислотных или щелочных, влажности, рыхлости. В зависимости от состава почвы может потребоваться использование какого-либо специального комплекта заземления или же полная замена грунта для корректной работы заземляющих устройств.

Заземление – это соединение какого-либо прибора, электрической установки или части сети с заземляющим устройством. Оно представляет собой заземлитель и заземляющие проводники, по которым ток стекает в грунт и нейтрализуется.

Заземлителей может быть несколько. В распределенной схеме они располагаются по периметру объекта, электрическую сеть которого необходимо обезопасить. Проводящая часть (заземлители) обычно выполняются из металла. К ним подводятся заземляющие электроды, которые имеют непосредственный контакт с почвой.

Устройство контура заземления

Читайте также: Неисправности светодиодных лент и методы их ремонта

Заземляющее устройство монтируется по контуру. Контур заземления – это несколько проводников электродов, которые забиваются в грунт. Их длина – 3 метра, располагаются они на небольшом расстоянии друг от друга. В качестве соединения применяется горизонтальная металлическая полоса, которую укладывают в почву на небольшую глубину – до 1 метра. Соединение с электродами осуществляется с помощью обычной сварки. В специальных заземляющих комплектах части оборудования соединяются резьбой, что никак не влияет на рабочие свойства.

Рабочее заземление необходимо в следующих случаях:

Защита оборудования от накопления статического электричества. Процессы, происходящие в природе, например, молнии, могут влиять на ток, протекающий в цепи, в результате чего оборудование может быть повреждено. Электроды, установленные в грунте, отводят излишки тока.
Защита сети от замыканий.
Защита от перенапряжения.

Пример рабочего заземления – молниеотвод, который присоединен к электродам. Особенно актуально в генераторах, трансформаторах.

Схема защитного заземления

Что такое заземление, принцип действия и устройство

При создании электросети, в помещениях различного назначения, требуется создание защиты, которая предотвратит вероятное поражение током. Чтобы избежать этого выполняется устройство заземления. В соответствии с ПЭУ п.1.7.53 заземление выполняется в электрооборудовании с напряжением более 50 В переменного и 120 В постоянного тока.

Шина заземления от ГРЩ к потребителю

Заземление – намеренное соединение нетоковедущих металлических частей электроустановок (которые могут оказаться под напряжением) с землей или ее эквивалентом. Данная защитная мера предназначена для исключения вероятности поражения человека электротоком при замыкании на корпус оборудования.

Принцип действия

Принцип работы защитного заземления заключается в:

снижении разности потенциалов, между заземляемым элементом и другими токопроводящими предметами с естественным заземлением, до безопасного значения;
отвод тока в случае непосредственного контакта заземляемого оборудования с фазным проводом. В грамотно спроектированной электросети возникновение тока утечки вызывает мгновенное срабатывание устройства защитного отключения (УЗО).

Схемы заземления в трехфазных сетях

Из вышесказанного следует, что заземление имеет большую эффективность при использовании в комплексе с УЗО.

Устройство заземления

Конструкция системы заземления состоит из заземлителя (проводящая часть, которая имеет непосредственный контакт с землей) и проводника, обеспечивающего контакт между заземлителем и нетоковедущими элементами электрооборудования. Обычно в качестве заземлителя используется стальной или медный (очень редко) стержень, в промышленности это как правило, сложная система, состоящая из нескольких элементов специальной формы.

Эффективность системы заземления во многом определяется величиной сопротивления защитного устройства, которую можно уменьшить, повышая полезную площадь заземлителей или увеличивая проводимость среды, для чего задействуется несколько стержней, повышается уровень солей в земле и т.п.

Заземляющее устройство это…

Выше мы рассмотрели в общих чертах, что такое защитное заземление. Однако стоит упомянуть, что используемые в системе заземлители различаются на естественные и искусственные.

В качестве устройств заземления в первую очередь предпочтительнее использовать такие естественные заземлители, как:

Принцип защитного заземления

Защитное заземление – это комплекс мер, которые направлены на защиту оборудования и людей, которые с ним работают. Используется для устранения электромагнитных помех, возникающих из-за работающего рядом устройства, а также для нейтрализации помех при коммутации в цепи питания.

Защита от попадания молнии

Схема защиты дома от молний
Воздушная среда – это участок с большим сопротивлением, но разряд имеет мощность, превосходящую данное сопротивление, поэтому пробивает его. По пути следования из верхних слоев атмосферы к земле молния выбирает участки с наименьшим сопротивлением – мокрые участки, стены, деревья и капли воды. Этим объясняется тот факт, что разряды часто попадают в дерево – оно имеет сопротивление меньше, чем воздух вокруг. При попадании в здание ток также проходит по участкам с наименьшим сопротивлением – это металлические трубы, электрические приборы или их металлические детали, влажные стены. Если устройство не имеет заземления, прикосновение к нему в момент прохождения заряда может быть смертельным.

При установке молниеотвода на крыше заряд попадает в него, а далее движется в землю и нейтрализуется. Важно, чтобы токи не распространялись внутрь объекта, поэтому материалы, которые используются для обустройства заземления, имеют низкое сопротивление. По правилам оно не должно превышать показатель в 4 Ом. Сам молниеотвод должен быть соединен с электродами в грунте.

Защита от импульсного перенапряжения

Устройства защиты от импульсных перенапряжений
Электронное оборудование чувствительно к скачкам напряжения или работающим в их радиусе мощным электрическим установкам. Повредить электронику может внезапно возникший разряд молнии вблизи.

В качестве примера: во время грозы может возникнуть избыточный заряд в медном кабеле, которыми соединены дома и по которым проходит ток. Заряд при увеличении его размера способен разрушить кабель. В этом случае на линии питания ставится УЗИП – устройство защиты от импульсного перенапряжения, чтобы избыток заряда стравливался в грунт.

Защита людей

Корпуса приборов, все металлические элементы способны проводить ток. Если коснуться незаземленного прибора, в котором накопилось статическое электричество, можно получить сильный удар. Это отразится прежде всего на сердечно-сосудистой и нервной системе. Снизить удар помогает резиновая обувь, прорезиненные перчатки, абсолютно сухое помещение, но люди редко ходят по квартире или офису в резиновых сапогах. Подключение третьего провода к корпусу приборов, а затем соединение его с электродами позволяет утилизировать в грунт лишний ток.

В старых частных и многоквартирных домах заземляющие мероприятия не проводились, поэтому все электрические приборы представляют потенциальную опасность для людей.

Самодельные устройства могут выглядеть следующим образом: к корпусу прибора подсоединен провод, который выводится на улицу и соединяется с вбитым в землю металлическим изделием (труба, уголок, ведро, арматура). Эти изделия являются хорошими проводниками тока, в отличие от человеческого тела, поэтому ток выбирает металл и уходит в грунт.

ЗАЩИТНОЕ ЗАЗЕМЛЕНИЕ В СЕТИ С ИЗОЛИРОВАННОЙ НЕЙТРАЛЬЮ

На рис. 1 изображена схема сети трехфазного тока, питаемой от трансформатора с изолированной нейтралью. Для простоты на рисунке показана только одна вторичная обмотка трансформатора. Она изображена соединенной в звезду, однако все сказанное ниже относится также к случаю соединения обмотки в треугольник.

Как бы хороша ни была в целом изоляция токоведущих частей сети от земли, все же проводники сети имеют связь с землей. Связь эта— двоякого рода.

Читайте также: Способы индивидуальной защиты от поражения электрическим током

Рис. 1. Схима сети трехфазного тока с изолированной нейтралью.

1. Изоляция токоведущих частей имеет определенное сопротивление по отношению к земле, его обычно выражают в мегомах (Мом

или 1 000 000
ом
). Это означает, что через изоляцию проводников и землю протекает ток некоторой величины. При хорошей изоляции этот ток весьма мал.

Допустим, например, что между проводником одной фазы сети и землей напряжение равно 220 в

, а измеренное мегомметром сопротивление изоляции этого провода равно 0,5
Мом
. Тогда ток на землю этой фазы равен
а
(
а
— ампер) или 0,44
ма
. Этот ток называется током утечки.

Условно для наглядности на схеме сопротивления изоляции трех фаз rА

,
rB
,
rC
изображаются в виде сопротивлений, присоединенных каждое к одной точке провода. На самом деле токи утечки в исправной сети раслределяются равномерно по всей длине проводов; в каждом участке сети они замыкаются через землю.

2. Связь второго рода образуется емкостью между проводниками сети и землей. Как это понимать?

Каждый проводник сети и землю можно представить себе как две обкладки протяженного конденсатора. В воздушных линиях проводник и земля—обкладки конденсатора, а воздух между ними-—диэлектрик. В кабельных линиях обкладками конденсатора являются жила кабеля и металлическая оболочка, соединенная с землей, а диэлектриком— изоляция между жилами. При переменном на-

Рис. 2. Замыкание на землю в сети с изолированной нейтралью.

пряжении изменение зарядов конденсаторов вызывает возникновение соответствующих переменных токов. Эти так называемые емкостные токи в исправной сета также равномерно распределены по длине проводов и в каждом отдельном участке замыкаются через землю. На рис. 1 сопротивления емкостей трех фаз на землю хA

,
хB
и
хC
также условно показаны присоединенными каждое к одной точке сети.

Посмотрим, что же произойдет в изображенной на рис. 1 сети, если в одной из фаз (например, A

) произойдет замыкание на землю, т. е. провод этой фазы будет соединен с землей через относительно малое сопротивление.

Такой случай изображен на рис. 2. Поскольку сопротивление между проводом фазы А и землей мало, то токи утечки и емкостные токи на землю этой фазы заменяются током замыкания на землю. Теперь под воздействием линейного напряжения сети Uл

через место замыкания и землю будут протекать токи утечки и емкостные токи двух исправных фаз, как показано стрелками на рисунке.

Замыкание, показанное на рис. 2, называется одно-фазным замыканием на землю, а возникающий при этом аварийным ток — током однофазного замыкания.

Представим себе теперь, что однофазное замыкание вследствие повреждения изоляции произошло не непосредственно на землю, а в каком-нибудь электроприемнике — электродвигателе, аппарате, либо на конструкцию, по которой проложены электрические провода, на ограждение электропроводок и т. д. Такое замыкание называется замыканием на корпус.

Рис. 3. Замыкание на корпус в сети с изолированной нейтралью при отсутствии заземления.

Из сказанного следует, что для протекания тока через землю необходимо наличие замкнутой цепи (иногда представляют себе, что ток «уходит в землю» — это неверно).

Читайте также: Правила техники безопасности при эксплуатации контактной сети электрифицированных железных дорог — Организационные и технические мероприятия

Чтобы предотвратить поражения людей при замыканиях на корпус, все корпуса электроприемников, металлические конструкции и т. п., которые могут оказаться из-за повреждения изоляции под опасным напряжением, должны быть заземлены (рис. 4).

Как видно из рис. 4, при наличии заземления человек, прикасающийся к заземленному корпусу, оказавшемуся под напряжением, присоединен параллельно к цепи замыкания на участке между корпусом и землей.

Назначение защитного заземления заключается в том, чтобы создать между корпусом защищаемого устройства и землей электрическое соединение достаточно малого сопротивления, для того чтобы в случае замыкания на корпус прикосновение к последнему человека (параллельное присоединение) не могло вызвать через его тело ток такой величины, который угрожал бы его жизни или здоровью.

Рис. 4. Заземление электроприемника.

Рис. 5. Прикосновение к токоведущему проводнику при наличии в сети «земли».

Отсюда следует, что для обеспечения безопасности пригодно не всякое заземление, а только имеющее достаточно малое сопротивление.

Если заземление выполнено в соответствии с требованиями «Правил», т. е. с достаточно малым сопротивлением (об этом см. ниже в § 7), то непосредственной опасности при прикосновении к заземленному корпусу не возникает.

В сетях с изолированной нейтралью отключение поврежденного участка сети при однофазных замыканиях на землю или корпус (т. е. при наличии «земли» в сети) обычно не применяется, и установка при наличии такого замыкания (о чем сигнализируют приборы контроля изоляции) может продолжать работать. Однако сеть с наличием в ней однофазного замыкания все же должна рассматриваться как находящаяся в аварийном состоянии, так как общие условия безопасности при таком состоянии сети резко ухудшаются. Так, наличие «земли» увеличивает опасность поражения электрическим током, даже при исправном заземлении. Это видно, например, из рис. 5, где показано протекание тока поражения при случайном прикосновении к токоведущему проводу и не устраненной «земле» в сети.

Помимо того, напряжения неповрежденных фаз по отношению к земле возрастают до линейных и способствуют возникновению второго замыкания на землю в другой фазе.Образовавшееся двойное замыкание на землю представляет собой для человека более серьезную опасность по сравнению с однофазным замыканием.

Поэтому однофазное замыкание на землю и на корпус должно устраняться в кратчайший срок.

В некоторых случаях для обеспечения безопасности приходится применять, кроме заземления, еще дополнительные меры (быстродействующее отключение, выравнивание потенциалов). Так, при особо неблагоприятных условиях (например, в сырых местах — шахтах, на торфоразработках и-т. п.), а также на линиях, питающих особо ценные агрегаты, применяется специальная быстродействующая защита, отключающая аварийный участок при замыканиях на корпус (и непосредственно на землю).

Мы рассмотрели выше назначение защитных заземлений. В электрических установках имеют место и другие заземления, которые необходимы по условиям эксплуатации, например заземления разрядников, заземления нейтралей трансформаторов и др. В отличие от защитных они называются рабочими заземлениями.

Отличие рабочего заземления от защитного

Рабочее и защитное заземление по правилам техники безопасности не должно совмещаться водной схеме. При атмосферных разрядах электрические приборы могут повредиться, при этом защитное заземление не сработает.

В схеме функционального (рабочего) заземления все токонесущие конструкции соединяются с электродами, установленными в грунте. Для корректной работы рабочего заземления используются также предохранители, которые принимают напряжение на себя и выходят из строя.

Рабочее заземление оборудуется в том случае, если к приборам прилагается указание производителя и требования, которые защищают данное устройство.

К защитному заземляющему устройству предъявляется больше требований, так как оно имеет более важные задачи: сохранение жизни людей.

Назначение рабочего заземляющего устройства	Назначение защитного заземления
Большая мощность приборов	Трехфазные приборы мощностью менее 1 кВт
Электронное чувствительное оборудование	Одно- и двухфазные устройства, не имеющие контакта с грунтом
Медицинские приборы	Техника мощностью более 1 кВт
Электронная техника, которая является носителем важной информации	В схемах с предохранителями и нулевым защитным проводником

Самое надежное заземление предусмотрено в схеме электросети дома. Кабели, которые подходят к каждой розетке, должны быть трехжильными. Третья жила соединяется с землей и отводит статическое электричество, а также предотвращает короткие замыкания и попадание молнии внутрь здания.

Рассмотрим отличие защитного от других заземлений, таких как рабочее и для молниезащиты

При рабочем заземленииотдельные точки электрической цепи преднамеренно соединяются с землей. Это могут быть нейтральные точки в обмотках генераторов, дугогасящих аппаратах, измерительных и силовых трансформаторах. При нем проводник соединяется непосредственно с заземлителем.Заземление для молниезащитыотводит в землю токи молний, попадающие в разрядники и молниеприемники путем преднамеренного соединения их с землей.

При действии защитного заземления понижаются напряжения шага и прикосновения при замыкании на корпус. Для этого уменьшается потенциал заземленного оборудования за счет уменьшения сопротивления. При отсутствии заземления корпуса электроустановки, прикосновение к нему становится опасным, как и в случае прикосновения к фазному проводу.

В случае заземления электроустановкипроисходит уменьшение напряжения корпуса относительно земли.

Напряжение корпуса относительно земли уменьшается за счет уменьшения значения сопротивления на заземлителе.

Соответственно уменьшаются напряжение при касании и ток, проходящий через тело человека.Эффект от заземления будет лишь тогда, когда ток Iз не возрастает при уменьшении сопротивления. Это условие наиболее подходит для сетей с изолированной нейтралью. Токи замыкания в данном случае определяются значением сопротивления изоляции провода относительно земли.Если в сетях переменного тока имеется заземленная нейтраль, то применять защитное заземление, как основную защиту нецелесообразно, так как в данном случае оно не дает нужного эффекта.

Любое заземление имеет в своем составе заземляющее устройство, которое, в свою очередь, состоит из заземлителя и проводов.

Типы устройств обусловлены местом их размещения относительно заземляемых электроустановок. Они подразделяются на выносные и контурные.При выносном устройстве, заземлитель выносится за границу площади, где размещается заземляемое оборудование. Такое заземление еще называют сосредоточенным, так как оно может быть сгруппировано на какой-то отдельной части площадки.

Недостатком этого типа защитного заземления является удаленность заземлителя от оборудования. Также при значительных расстояниях до заземлителя наблюдается существенный рост сопротивления во всем заземляющем устройстве из-за большого сопротивления в проводнике.

В качестве достоинства можно отметить широкий выбор для размещения электродов с минимальным сопротивлением грунта.Контурное заземляющее устройство отличается размещением электродов заземлителя по периметру площадки с заземляемым оборудованием. Электроды могут размещаться и внутри площадки. Распределение электродов производится равномерно.Главная> Электробезопасность> Защитное заземление: принцип работы и схемыСодержание1Принцип работы2Схемы подключения3Виды4Видео про заземлениеС помощью создания электрического соединения металлических конструкций промышленного и бытового оборудования с землей повышают безопасность в процессе его эксплуатации.

Такой метод используется для предотвращения поражения человека электрическим током при возникновении аварийных ситуаций.На рисунке ниже отображены основные принципы функционирования защитной системы.Даже при использовании качественных автоматических устройств, скорость их отключения будет недостаточной, чтобы полностью исключить возможность поражения человека электрическим током. При наличии заземления будет образована цепь с меньшим сопротивлением. Это снизит вредные воздействия на организм человека до безопасного уровня.Защитное заземление – необходимый элемент безопасности, предотвращающий поражение электротоком

Требования к защитному заземлению

Чтобы заземляющие установки выполняли свои функции, они должны соответствовать определенным параметрам и указаниям производителя оборудования.

Нюансы, которые влияют на функционал:

Сопротивление грунта из-за его физико-химических особенностей. Лучше всего проводит ток влажная глина, графитовая крошка, торф, солончаки или морская вода. Хуже – сухой песок или твердые породы – гранит, щебень, кварц, асфальт, бетон.
Площадь контакта заземлителя с почвой. Чем больше площадь, тем более благоприятные условия создаются для перетекания тока, тем быстрее это происходит. Увеличить площадь можно, установив большее количество электродов по контуру здания. В этом случае их соединяют вместе стальной пластиной в единое целое. Если увеличить размер одного электрода, общая площадь также увеличится. Увеличить площадь помогает установка вертикального металлического контура, если нижние слои грунта имеют большее сопротивление, чем поверхностные.

Поскольку добиться идеального сопротивления почвы трудно, устройства создаются исходя из ее характеристик. Для каждой электрической установки существуют свои нормы сопротивления заземлительных устройств. Например, для электрической подстанции с напряжением более 100 кВт сопротивление не должно быть больше 0,5 Ом, а для домашней сети с системой ТТ, а также применением автоматического отключения – до 500 Ом.

Необходимо обязательно обрабатывать сварные швы заземления от коррозии

Заземлители из металла не должны покрываться лакокрасочными материалами. Иногда в качестве заземляющего устройства используется подземная часть здания с металлическими конструкциями – электропроводящий бетон с арматурой внутри. Нельзя использовать газовые металлические трубы для решения проблемы заземления.

Согласно Правилам устройства электроустановок заземлению подлежат:

Сети, напряжение которых выше 380 В.
Особо опасные и наружные установки.

Части оборудования, подлежащие занулению и заземлению:

Корпуса электрического оборудования.
Вторичная трансформаторная обмотка.
Приводы электрических приборов.
Распределительные щиты, каркасы шкафов.
Металлические конструкции оборудования.
Железная оболочка кабеля.

Если напряжение не превышает 42 В переменного тока или 110 В постоянного, заземление не требуется.

Требования к заземлению электроустановок до 1000 Вольт

Заземление оборудования – это комплекс технических мероприятий, позволяющих получить надежное электрическое соединение между защищаемыми корпусами электроустановок и землей. Оно организуется с целью защиты оперативного персонала и работающих на оборудовании людей от случайного токового удара.

В соответствии с требованиями ГОСТ 12.1.030-81 защитное заземление электроустановки следует выполнять:

при номинальном напряжении 380 В и выше переменного тока и 440 В и выше постоянного тока – во всех случаях;
при номинальном напряжении от 42 В до 380 В переменного тока и от 110 В до 440 В постоянного тока при работах в условиях с повышенной опасностью и особо опасных по ГОСТ 12.1.013-78.

Важно! При правильно обустроенной системе заземления попавший на корпус станка, например, опасный потенциал не причинит прикоснувшемуся к нему человеку никакого вреда.

Принципиальная схема заземления электроустановки

Схема защитного заземления: 1 — электроустановка, 2 — заземляющий проводник, 3 — заземлитель
Объясняется это тем, что, при пробое изоляции основная часть токового заряда стечет по заземляющей шине в защитный контур, сопротивление которого на порядок ниже, чем тот же показатель для тела человека.

Не пропустите: Как очистить швы между плиткой на полу на кухне от грязи: средства чистки швов напольной плитки

Читайте также: Виды и контурное устройство заземления

Естественные заземлители

Согласно правилам ПУЭ, корпуса технологического оборудования и других приборов должны подключаться к естественным или искусственным заземлителям (ИЗУ). При реализации первого из этих способов традиционно используются следующие подсобные элементы:

металлические каркасы проложенных в земле конструкций, имеющие прямой контакт с ней;
металлические кожуха кабелей, прокладываемых непосредственно в грунте;
обычные металлические трубы (за исключением газовых и нефтепроводов);
рельсы железнодорожных путей.

Естественные заземлители

Обратите внимание: Использование готовых конструкций существенно упрощает решение проблемы заземления, упрощая этот процесс.

Кроме того, их использование при организации эффективного заземления позволяет несколько снизить затраты на его обустройство.

Важность сопротивления стеканию току

Основное требование к заземлениям до 1000 Вольт – их способность создать надежную цепочку для стекания аварийных токовых зарядов в грунт. Ее оценивают величиной сопротивления, которое приходится преодолевать токам замыкания на землю.

Направление растекания тока в землю

Ток замыкания на землю будет протекать с поврежденной фазы на корпус электроустановки и через заземляющее устройство в землю

Согласно нормативным документам (ПУЭ, в частности) сопротивление заземления (сопротивление растеканию электрического тока) должно быть:

в частных домах с напряжением питания 220 и 380 Вольт, должно составлять не более 30-ти Ом.
для промышленного оборудования (трансформаторов подстанций, в частности, или генераторов и сварочных аппаратов) не должен превышать 4-х Ом.
в отношении источника тока (генератора или трансформатора) не более 2, 4 и 8 Ом соответственно, при междуфазных напряжениях 660, 380 и 220 В трехфазного источника питания или 380, 220 и 127 В однофазного источника питания.

Чтобы достигнуть нормируемых ПУЭ значений сопротивления, потребуется принять специальные меры. Обычно они сводятся к следующим типовым процедурам:

увеличение площади соприкосновения составляющих устройств заземления с грунтом;
повышение качества контактов в местах сочленения отдельных элементов и медных соединительных шин;
улучшение проводимости самой почвы (за счет постоянного увлажнения или добавления соляного раствора, например).

Теми же требованиями предписывается периодически (не реже одного раза в 6 лет) проверять сопротивление заземляющего контура на соответствие его величины утвержденным нормам.

Работа заземления при нарушении защитной изоляции токоведущих частей

Самая распространенная неисправность, встречающаяся при эксплуатации электрооборудования – замыкание фазы на металлический корпус из-за разрушения защитной изоляции.

Дополнительная информация: В современных бытовых приборах, оснащенных импульсными источниками питания с вилкой евро стандарта, опасный потенциал может постоянно присутствовать на металлическом корпусе.

В зависимости от того, какие защитные меры приняты при работе с оборудованием, возможны следующие степени безопасности пользователя:

Самый опасный вариант – когда металлический корпус прибора не заземлен, а УЗО совсем не установлено. Попадание фазы на проводящие ток части никак не проявляется, кроме как ощутимый удар при случайном прикосновении.
В отсутствие УЗО корпус подключен к контуру установленного заземления, а ток утечки по цепи стекания очень велик. В этом случае прибор сработает мгновенно и отключает питающую линию или отдельную ее цепочку.
При наличии УЗО корпус не заземлен, что обнаруживается только при протекании тока утечки, который вызовет срабатывание устройства защиты. За время порядка 200-300 миллисекунд прикоснувшийся к прибору человек ощутит лишь легкий удар током.
И, наконец, самый безопасный вариант предполагает заземление корпуса и одновременную установку в данную ветку отдельного УЗО.

О первом случае, связанном с отсутствием специальных защитных средств, нечего и говорить, а вот второй вариант не совсем безопасен. Это объясняется тем, что при большом сопротивлении переходов и значительных номиналах предохранителей остаточный потенциал на корпусе прибора очень опасен для работающего человека. Так, при сопротивлении заземляющей конструкции в 4 Ома и предохранителе номиналом 25 Ампер он может достигнуть 100 Вольт.

Важно! В последнем случае два защитных устройства дополняют друг друга и нивелируют возможные неполадки в одном из них.

При попадании фазы на корпус, а через него – на заземляющий проводник ток благополучно стекает в землю. Одновременно с этим УЗО мгновенно реагирует на утечку и отключает линию и электроустановку, исключая возможность поражения работающего на ней персонала.

Работа заземления при неисправностях электрической части оборудования

Схема работы заземления при нарушении изоляции токоведущих частей электрооборудования

Помимо этого, если ток утечки существенно превышает порог срабатывания установленного в цепи предохранителя – может сработать и сам защитный элемент, дублируя действие УЗО. Какой из этих двух приборов отключит цепь первым – зависит от их быстродействия и величины тока стекания на землю (при этом не исключается их одновременное срабатывание).

Бытовое заземление

Заземление ванны в квартире
Большая часть несчастных случаев в бытовых условиях связана с касанием прибора, который имеет повреждение изоляции. Тело человека в данном случае является проводником тока. Электрические варочные плиты, стиральные и посудомоечные машины, радиаторы отопления, микроволновки, бойлеры, ПК, мойки для посуды – все это металлические конструкции, которые хорошо проводят ток и без заземления могут причинить вред здоровью.

Короткое замыкание – это соприкосновение фазного и нулевого провода в сети, что приводит к срабатыванию аварийной защиты и отключению прибора от питания. Чаще всего происходит не короткое замыкание, а утечка тока, который накапливается в корпусе бытового оборудования. Это может привести к поражению электричеством.

Для безопасности человека необходимо устанавливать розетки с заземляющими контактами. К розетке должен быть подведен трехжильный кабель. При двухжильной и трехжильной системе заземление оборудуется по-разному – от распределительной коробки или электрического щитка.

В качестве заземлителя нельзя использовать газовые, водопроводные или трубы централизованного отопления.

Виды

Чтобы сопротивление было минимальным, желательно сократить длину защитного проводника. Это обеспечивают с помощью создания заземляющего контура по периметру объекта.

Заземлители разделяют также на искусственные и естественные. Это распределение по группам условно, так как в обоих случаях используются металлические части конструкций, находящиеся в земле:

В первом – их создают специально, для системы заземления. Такой подход позволяет точно рассчитать сопротивление, размеры отдельных частей, иные важные параметры.

Второй вариант предусматривает подсоединение к металлическим частям конструкции здания, арматуре фундаментных блоков. Он экономичнее, так как для защиты применяются некоторые готовые детали. Однако надо учитывать, что для подключения оборудования понадобится прокладка соответствующих линий, которые будут иметь определенное нормативами сопротивление. Недостатком является относительная доступность обычному персоналу.

В частности, имеет значение уровень влажности. При расчете проверяют удельное сопротивление и другие особенности грунтов.

Защитное заземление – преднамеренное электрическое соединение с землей или её эквивалентом металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением.

Назначение защитного заземления – устранение опасности поражения людей электрическим током при появлении напряжения на конструктивных частях электрооборудования, т.е. при замыкании на корпус.

Принцип действия защитного заземления – снижение до безопасных значений напряжений прикосновения и шага, обусловленных замыканием на корпус. Это достигается уменьшением потенциала заземленного оборудования, а также выравниванием потенциалов за счет подъема потенциала основания, на котором стоит человек, до потенциала, близкого по назначению к потенциалу заземленного оборудования.

Область применения защитного заземления – трехфазные трехпроводные сети напряжением до 1000В с изолированной нейтралью и выше 1000В с любым режимом нейтрали.

Назначение и принцип действия защитного заземления

Рис.1 Принципиальные схемы защитного заземления:

а – в сети с изолированной нейтралью до 1000В и выше

б – в сети с заземленной нейтралью выше 1000В

1 – заземленное оборудование;

2 – заземлитель защитного заземления

3 – заземлитель рабочего заземления

rв и rо – сопротивления соответственно защитного и рабочего заземлений

Iв – ток замыкания на землю

Заземляющим устройством называется совокупность заземлителя – металлических проводников, находящихся в непосредственном соприкосновении с землей, и заземляющих проводников, соединяющих заземляемые части электроустановки с заземлителем. Различают два типа заземляющих устройств: выносное и контурное.

Выносное заземляющее устройство характеризуется тем, что заземлитель его вынесен за пределы площадки, на которой размещено заземляемое оборудование, или сосредоточен на некоторой части этой площадки.

Данный тип заземляющего устройства применяют лишь при малых значениях тока замыкания на землю и, в частности, в установках напряжением до 1000В, где потенциал заземлителя не превышает допустимого напряжения прикосновения. Преимуществом такого типа заземляющего устройства является возможность выбора места размещения электродов с наименьшим сопротивлением грунта.

Контурное заземляющее устройство характеризуется тем, что его одиночные заземлители размещают по контуру площадки, на которой находится заземляемое оборудование, или распределяют по всей площадке по возможности равномерно.

Безопасность при контурном заземлителе обеспечивается выравниванием потенциала на защищаемой территории путем соответствующего размещения одиночных заземлителей.

Внутри помещений выравнивание потенциала происходит естественным путем через металлические конструкции, трубопроводу, кабели и подобные им проводящие предметы, связанные с разветвленной сетью заземления.

Защитному заземлению подлежат металлические нетоковедущие части оборудования, которые из-за неисправности изоляции могут оказаться под напряжением и к которым возможно прикосновение людей. При этом в помещениях с повышенной опасностью и особо опасных по условиям поражения током, а также в наружных установках заземление является обязательным при номинальном напряжении электроустановки выше 42В переменного и выше 110В постоянного тока, а в помещениях без повышенной опасности – при напряжении 380В и выше переменного и 440В и выше постоянного тока. Лишь во взрывоопасных помещениях заземление выполняется независимо от назначения установки.

Различают заземлители искусственные, предназначенные исключительно для целей заземления, и естественные – находящиеся в земле металлические предметы для иных целей.

Для искусственных заземлителей применяют вертикальные и горизонтальные электроды. В качестве вертикальных электродов используют стальные трубы диаметром 3…5см и стальные уголки размером от 40*60 до 60*60мм и длиной 2,5…,м.

В качестве естественных заземлителей можно использовать: проложенные в земле водопроводные и другие металлические трубопроводы, за исключением трубопроводов горючих жидкостей, горючих или взрывоопасных газов, а также трубопроводов, покрытых изоляцией для защиты от коррозии. Естественные заземлители обладают, как правило, малым сопротивлением растеканию тока, и поэтому использование их для целей заземления дает большую экономую. Недостатками естественных заземлителей является доступность их неэлектротехническому персоналу и возможность нарушения непрерывности соединения протяженных заземлителей.

Работа заземления при неисправностях электрооборудования

Под неисправностью оборудования подразумевают повреждение изоляции и возникновение фазы в корпусе прибора. Если части оборудования находятся под напряжением, но не имеют защиты в виде заземления и УЗО, человек, не подозревающий об опасности, может получить удар током.

Во втором варианте утечка тока может быть не значительной, устройство защиты оборудования не среагирует на напряжение и не отключит прибор. Человек может получить незначительный удар.

Если корпус не заземлен, но УЗО установлено, оно сработает через 0,02 секунды после прикосновения человека к корпусу прибора. Этого времени не достаточно для нанесения вреда здоровью.

Самой эффективной с точки зрения безопасности схемой является наличие заземления и УЗО. При возникновении утечки тока и переходе его в грунт УЗО реагирует и отключает прибор.

Как производится расчет параметров основных заземляющих элементов

Расчет параметров заземляющего устройства выполняется по формулам. Исходными элементами являются:

сопротивление грунта на данном участке;
длина, толщина, диаметр электродов, а также их количество.

На практике во всех случаях бывают расхождения с намеченным планом работ, так как показатель почвы необходимо анализировать более точно. Сделать это практически невозможно: на 100 квадратных метрах необходимо пробурить около 100 мини шахт глубиной до 10 м, чтобы оценить слои почвы, ее состав и включения элементов – глины, известняка, песка и других компонентов.

Установку заземляющих устройств проводят по главному принципу заземления: наличие запаса прочности, имея усредненные значения параметров. Чем ниже получается сопротивление, тем лучше для всех электрических приборов и людей.

Назначение и принцип действия защитного заземления

$Металлобаза$

Устройство контура заземления

Читайте также: Какие сроки испытания для переносного заземления

Рабочее заземление необходимо в следующих случаях:

Защита оборудования от накопления статического электричества. Процессы, происходящие в природе, например, молнии, могут влиять на ток, протекающий в цепи, в результате чего оборудование может быть повреждено. Электроды, установленные в грунте, отводят излишки тока.
Защита сети от замыканий.
Защита от перенапряжения.

Пример рабочего заземления – молниеотвод, который присоединен к электродам. Особенно актуально в генераторах, трансформаторах.

$Схема защитного заземления$

Часть 1

2. Защитное заземление в сети c изолированной нейтралью

3. Заземляющее устройство

4. Напряжение шага. Напряжение прикосновения. Выравнивание потенциалов

5. Защитное заземление в сети с заземленной нейтралью (зануление)

6. В каких случаях требуется заземление

Часть 2

7. Сопротивления заземляющих устройств

8. Влияние характера грунта и его состояния на сопротивление растеканию заземлителей

9. Естественные заземлители и заземляющие контуры

Читайте также: Допустимые расстояния до токоведущих частей, находящихся под напряжением

10. Заземляющие проводники

Часть 3

11. Прокладка заземляющих проводников, соединения и присоединения

12. Пример расчета заземляющего устройства

13. Правильная эксплуатация — основа безопасности

14. Измерение сопротивления заземляющих устройств

Принцип защитного заземления

Защита от попадания молнии

Защита от импульсного перенапряжения

Защита людей

Самодельные устройства могут выглядеть следующим образом: к корпусу прибора подсоединен провод, который выводится на улицу и соединяется с вбитым в землю металлическим изделием (труба, уголок, ведро, арматура). Эти изделия являются хорошими проводниками тока, в отличие от человеческого тела, поэтому ток выбирает металл и уходит в грунт.

ЗАЗЕМЛЯЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО

Соединение заземляемых частей электроустановки с землей осуществляется при помощи заземлителей и заземляющих проводников.

Читайте также: Тушение пожара огнетушителем: инструкция к действию

Заземлители представляют собой металлические проводники (трубы, уголки, полосы), располагаемые в земле в определенных количестве и порядке.

Допустим, что в земле в точке О (рис. 6) находится за-землитель 3 в виде уголка и через этот заземлитель протекает ток однофазного замыкания на землю. Зададимся целью определить напряжения по отношению к земле на разных расстояниях от заземлителя. Если замерить напряжения между точками земли, находящимися на разных расстояниях в любом направлении от заземлителя, и точками нулевого потенциала, затем построить график зависимости этих напряжений от расстояния до заземлителя, то получится кривая, изображенная на рис. 6.

Из этой кривой видно, что напряжения по отношению к земле всех точек, расположенных от заземлителя на расстояниях, больших 20 м

(точка
М
), близки к нулю.

Рис. 6. Напряжение по отношению к земле на различных расстояниях от заземлителя и напряжение шага.

ми, еще более удаленными, не обнаруживается сколько-нибудь ощутимо. Сопротивление, которое оказывает току земля на участке растекания, называется сопротивлением растеканию заземлителя. Его часто сокращенно называют сопротивлением заземлителя (не следует смешивать с сопротивлением заземлителя как проводника).

Заземляющие проводники соединяют заземляемые части электроустановок с заземлителями. В целом заземляющие проводники и заземлители образуют заземляющее устройство.

Сопротивление заземляющего устройства состоит, таким образом, из:

1) сопротивления растеканию заземлителя, в которое входит также сопротивление контакта между заземлителем и землей;

сопротивление контакта составляет незначительную часть сопротивления растеканию заземлителя; даже наличие на стальном заземлителе слоя окиси (ржавчины) не оказывает существенного влияния на сопротивление растеканию заземлителя;

2) сопротивления заземляющей сети, включающего в себя заземляющие проводники; в большинстве случаев оно составляет незначительную долю общего сопротивления заземляющего устройства.

Если обозначить сопротивление заземляющего устройства через RЗ
(ом)
, а ток замыкания на корпус через
IЗ(a)
, то напряжение корпуса по отношению к земле будет равно произведению
IЗRЗ=UЗ(в)
.

Если, например, ток замыкания на землю в сети равен 15 а

, а сопротивление заземляющего устройства 4
ом
, то напряжение по отношению к земле UЗ равно 15·4 = 60
в
.

Отличие рабочего заземления от защитного

Назначение рабочего заземляющего устройства	Назначение защитного заземления
Большая мощность приборов	Трехфазные приборы мощностью менее 1 кВт
Электронное чувствительное оборудование	Одно- и двухфазные устройства, не имеющие контакта с грунтом
Медицинские приборы	Техника мощностью более 1 кВт
Электронная техника, которая является носителем важной информации	В схемах с предохранителями и нулевым защитным проводником

Самое надежное заземление предусмотрено в схеме электросети дома. Кабели, которые подходят к каждой розетке, должны быть трехжильными. Третья жила соединяется с землей и отводит статическое электричество, а также предотвращает короткие замыкания и попадание молнии внутрь здания.

Отсутствует заземление, что делать

В случае, если дом старый, а электропроводка не модернизирована, то в электрической схеме такого здания отсутствует канал заземления. В такой ситуации нет возможности создания защиты металлических поверхностей приборов от электрического тока. Однако в данном случае все таки присутствует метод защиты электрических цепей при аварийных ситуациях, таких как короткое замыкание, он называется ЗАНУЛЕНИЕ.

В чем отличия? Если при защитном заземлении происходит защита металлических поверхностей и отвод тока в землю через общую шину, то при занулении канал «земля» какого-либо прибора или розетки осуществляется соединение этого канала с нулем (нулевым проводником электропроводки).

Основное отличие заключается в том, что в схеме с занулением при возникновении аварийной ситуации происходит отключение прибора, поверхности которого оказались под напряжением из-за «пробоя» изоляции, от электросети. Так, зануление не защищает полностью от поражения электрическим током, но минимизирует воздействие на человека за счет моментального отключения электричества.

Если в условиях многоквартирного дома отсутствует возможность установки заземления из-за использования проводки типа TN-C, то стоит использовать метод зануления. Если же присутствует возможность прокладки новой современной проводки, например, в частном доме, то необходимо проводить работы по созданию защитного контура заземления.

Читайте также: Первая помощь человеку, получившему электротравму

Требования к защитному заземлению

Нюансы, которые влияют на функционал:

Сопротивление грунта из-за его физико-химических особенностей. Лучше всего проводит ток влажная глина, графитовая крошка, торф, солончаки или морская вода. Хуже – сухой песок или твердые породы – гранит, щебень, кварц, асфальт, бетон.
Площадь контакта заземлителя с почвой. Чем больше площадь, тем более благоприятные условия создаются для перетекания тока, тем быстрее это происходит. Увеличить площадь можно, установив большее количество электродов по контуру здания. В этом случае их соединяют вместе стальной пластиной в единое целое. Если увеличить размер одного электрода, общая площадь также увеличится. Увеличить площадь помогает установка вертикального металлического контура, если нижние слои грунта имеют большее сопротивление, чем поверхностные.

Необходимо обязательно обрабатывать сварные швы заземления от коррозии

Согласно Правилам устройства электроустановок заземлению подлежат:

Сети, напряжение которых выше 380 В.
Особо опасные и наружные установки.

Части оборудования, подлежащие занулению и заземлению:

Корпуса электрического оборудования.
Вторичная трансформаторная обмотка.
Приводы электрических приборов.
Распределительные щиты, каркасы шкафов.
Металлические конструкции оборудования.
Железная оболочка кабеля.

Если напряжение не превышает 42 В переменного тока или 110 В постоянного, заземление не требуется.

Защитное заземление: устройство, назначение и принцип действия.

Защитное зануление: устройство, назначение и принцип действия.

Зануление — это специально предусмотренное электрическое подключение открытых токопроводящих частей потребителей электроэнергии:

· к нейтральной точке генератора (трансформатора) в сетях трехфазного тока,

· к глухозаземленныму выводу сети однофазного напряжения,

· к заземленной точке источника постоянного тока.

Такое подключение выполняется в целях обеспечения электробезопасности человека.

Для обеспечения подключения незащищенных от прикосновения токопроводящих частей электропотребителей к нейтральной точке источника электроэнергии предусмотрено применение нулевого защитного проводника.

Нулевой защитный проводник (обозначается PE – проводник для системы TN – S) — токопроводящая цепь, соединяющая открытые токопроводящие поверхности и глухозаземленную нейтральную точку на источнике питания в трехфазных сетях или заземленный вывод однофазной сети, или заземленную среднюю точку источника постоянного тока.

Следует различать понятия нулевого защитного проводника и нулевого рабочего или PEN – проводника. Рабочий нулевой проводник (обозначается, как N – проводник для системы TN – S) – это провод в электропотребителях напряжением до 1 кВ, применяемый для обеспечения электропитания, который соединен с глухозаземленным нейтральным выводом на генераторе или трансформаторе в сетях трехфазного тока, либо с глухозаземленной точкой на источнике однофазного тока, либо с глухозаземленным выводом на источнике в сети постоянного тока.

На практике допускается применение совмещенного (обозначается, как PEN — проводник для системы TN– C) нулевого защитного и нулевого рабочего проводника. Его роль выполняет цепь в электропотребителях напряжением до 1 кВ, совмещающая нулевой защитный и нулевой рабочий проводник. Использование зануления требуется для осуществления защиты человека от воздействия электрического тока при его прикосновении к токоведущим поверхностям за счет быстрого снижения напряжения на корпусе электропотребителя относительно земли, сопровождаемого быстрым отключением электроустановки от питающей сети

Обязательное защитное зануление необходимо выполнять на:

· электроустановках напряжением питания до 1 кВ (трехфазные сети переменного тока, имеющие заземленную нейтраль). Чаще всего это сети переменного тока напряжением 380/220, реже — 660/380 В;

· электроустановках напряжением питания до 1 кВ (однофазные сети переменного тока, имеющие заземленный вывод). Напряжение, как правило – 220 вольт;

· электроустановках постоянного тока с напряжением до 1 кВ в сетях, имеющих заземленную среднюю точку источника.

Физически зануление осуществляется специальным проводом, имеющим надежный электрический контакт с открытыми токоведущими поверхностями электропотребителей.

Принцип действия защитного зануления

В случае замыкания фазного провода на корпус электропотребителя, имеющий зануление, возникает электрическая цепь тока с коротким замыканием (происходит замыкание фазного и нулевого защитного проводников). Появление тока короткого замыкания приводит к срабатыванию токовой защиты. Как следствие, происходит отключение такой электроустановки от электропитающей сети. Попутно, до наступления срабатывания автоматической токовой защиты обеспечивается снижение напряжения на поврежденном корпусе относительно земли. Это связано с наличием защитного действия повторного заземления на нулевом защитном проводнике и перераспределения напряжений в сети вследствие протекания тока в короткозамкнутой цепи.

Читайте также: Опасное напряжение: что нужно знать о столбняке

$Схемы заземления в трехфазных сетях$ $Принципиальная схема заземления электроустановки$ $Естественные заземлители$ $Направление растекания тока в землю$ $Работа заземления при неисправностях электрической части оборудования$

Бытовое заземление

В качестве заземлителя нельзя использовать газовые, водопроводные или трубы централизованного отопления.

Определение понятия

Если сказать кратко и простыми словами, то:

Заземление – это устройство, которое защищает человека от поражения электрическим током, если всё электрооборудование соединено с землей. В аварийной ситуации опасное напряжение «стекает» на землю.

Защита – основное назначение заземления. Оно заключается в подключении дополнительного, третьего заземляющего проводника в проводку, который соединен с таким устройством, как заземлитель. Он, в свою очередь, имеет хороший контакт с землей.

Заземление бывает рабочим и защитным по назначению.

Рабочее нужно для нормального функционирования электроустановки, защитное нужно для обеспечения электробезопасности (предотвращения поражения электрическим током).Обычно заземление (заземлитель) выглядит как три электрических прута вбитых в землю, на одинаковом расстоянии друг от друга, расположенных в углах равностороннего треугольника. Эти пруты соединены между собой металлической полосой. Вы могли видеть такие пруты около домов и сооружений.

Также вы могли заметить, что на стенах многих зданий внутри или снаружи закреплены металлические полосы, иногда выкрашенные желтыми и зелеными чередующимися полосами – это заземляющая шина, она тоже соединена с заземлителем. Заземляющая шина нужна для того, чтобы не тянуть от каждой электроустановки заземляющий провод.

Третий проводник обычно соединяется с корпусом электрических приборов, обеспечивая защиту от появления на нем опасного напряжения. В кабелях он обычно имеет меньшее сечение, чем соседние «рабочие» жилы и другой цвет изоляции – желто-зеленый.

О том, какие виды заземления бывают, вы можете узнать из нашей отдельной статьи: https://samelectrik.ru/osnovnye-tipy-sistem-zazemlenija.html

Работа заземления при неисправностях электрооборудования

Что это такое?

Итак, что называется защитным заземлением. Традиционно процесс заземления представляет собой объединение любой точки электросети или оборудования, а также электрических установок с устройствами заземляющего типа. Данный вид устройств является совокупностью одного или сразу нескольких эффективных заземляющих элементов и специальных проводников, пригодных для заземления.

Защитные заземлители в виде одного элемента или совокупности проводящих частей, чаще всего прибывают в стандартном электрическом контакте с грунтом. К важным конструкционным особенностям заземлителя относится количество проводящих частей, их длина и тип размещения электродов, что рассчитывается в зависимости от предъявляемых к заземлителю требований и способностей земли выполнять защиту от электрического тока.

Применяемые в настоящее время защитные заземлители бывают не только естественными, но и искусственного типа. Первый вариант является наиболее распространенным, и чаще всего бывает представлен:

водопроводными трубами, проложенными в грунтах;
конструкциями построек из металла, имеющих достаточное соединение с грунтом;
кабельными оболочками из металла, за исключением алюминиевых проводов;
обсадными трубами, установленными внутри артезианских скважин.

Заземлитель естественного типа подсоединяется к сети заземления минимум в паре мест.

Все используемые на сегодняшний день искусственные защитные заземлители могут быть представлены:

стальными трубами, диаметр которых составляет 30-50 мм при толщине стенок в 3,5 мм и длине 200-300 см;
стальными полосами, имеющими толщину в 0,4 см и более;
стальным уголком толщиной в 0,4 см и более;
стальными прутами, имеющими диаметр в 1 см и более, при длине около 10-11 м.

Следует отметить, что применение искусственных заземлителей в грунтах агрессивного типа, включая излишне кислые или щелочные почвы, сопровождается коррозийными изменениями металлов. Именно поэтому заземлители в таких почвах должны быть представлены медью, омедненными или оцинкованными элементами.

При выборе искусственного заземлителя нужно избегать использования алюминиевых кабельных оболочек и голых алюминиевых проводников, потому что под воздействием почвы происходит окисление.

Как производится расчет параметров основных заземляющих элементов

Расчет параметров заземляющего устройства выполняется по формулам. Исходными элементами являются:

сопротивление грунта на данном участке;
длина, толщина, диаметр электродов, а также их количество.

Установку заземляющих устройств проводят по главному принципу заземления: наличие запаса прочности, имея усредненные значения параметров. Чем ниже получается сопротивление, тем лучше для всех электрических приборов и людей.

Схемы подключения

Защитное зануление: особенности и принцип действия

Чтобы выбрать оптимальный вариант необходимо знать, для каких целей применяется защитное заземление в конкретном случае. Ниже рассмотрены разные системы, их особенности, преимущества и недостатки.

Тип TN, с глухозаземленной нейтралью. По этой схеме подключается промышленное и бытовое оборудование, работающее в сетях с напряжением до и выше 1000 V. Нейтраль генератора (трансформатора) источника питания подключается к заземлителю. Устройства потребителей, а точнее корпуса, экраны, шасси, подсоединяют к общему проводнику.

Если электрическая схема создана в соответствии с международными стандартами, то по надписям можно понять следующее. Латинской буквой «N» обозначают «нулевой» проводник, который используется для работы оборудования. Его так и называют, функциональным. «PE» – проводник, использующийся для создания защитной цепи. Буквами «PEN» обозначают проводник, предназначенный для решения функциональных и защитных задач.

Чаще всего используют следующие схемы. Их наименования отличаются буквой, которую через дефис добавляют к «TN».

Схемы подключения

Система	Принцип работы	Преимущества, недостатки, особенности
C	В системе «С» проводник выполняет рабочие и защитные функции одновременно. В качестве примера можно вспомнить типовое трехфазное электропитание с глухозаземленной нейтралью, являющейся нулевым проводом.	Эта схема относительно проста и экономична. Корпуса устройств потребителей подключают непосредственно к нейтрали. Недостатком является утеря защитных свойств, если электрическая цепь разорвана. Такое повреждение нельзя исключить при аварийном повышении тока, нагреве и разрушении проводника. В такой ситуации на корпусе появится опасное напряжение. При использовании таких систем особо тщательно подбирают автоматы, которые должны быстро и надежно отключать питающее напряжение.
S	В этой схеме используются два раздельных нулевых проводника, рабочий и защитный.	Несколько проводников увеличивают стоимость системы, но существенно повышают надежность защиты.
C-S	Это – комбинированная система. Генерирующий источник подсоединяется к глухозаземленной нейтрали. К потребителю идут только четыре проводника (трехфазное питание). В объекте недвижимости добавляется защитный проводник «PE».	Низкая по сравнению с предыдущим вариантом стоимость сопровождается меньшей надежностью. При повреждении проводника на участке до объекта (или к «PE») защитные функции будут утрачены. В соответствии с действующими нормами при использовании таких систем требуется предотвратить механическое повреждение соответствующих проводников.

$Схемы$

Наиболее часто используемые схемы подключения

Достаточно высокие риски возникают при использовании воздушных линий электропередач. Они могут быть повреждены ураганом, иными негативными внешними воздействиями. Для обеспечения высокого уровня безопасности применяют схему TT.

Глухозаземленную нейтраль подсоединяют к генератору. Передача энергии осуществляется по четырем проводам. У потребителя устанавливают автономную систему заземления, к которой подключаются корпуса оборудования.

IT – последняя схема на рисунке. Здесь нейтральный провод генератора (другого источника) изолирован. Корпуса электрических установок заземлены. Подобные решения применяются часто в исследовательских центрах, чтобы паразитные наводки не искажали показания чувствительной аппаратуры.

Виды

Выносные системы применяют при оснащении установок, которые работают с питающим напряжением до 1 000 V.

В первом – их создают специально, для системы заземления. Такой подход позволяет точно рассчитать сопротивление, размеры отдельных частей, иные важные параметры.

$Заземлитель$

Естественный заземлитель – металлическая часть конструкции, находящейся в земле

Второй вариант предусматривает подсоединение к металлическим частям конструкции здания, арматуре фундаментных блоков. Он экономичнее, так как для защиты применяются некоторые готовые детали. Однако надо учитывать, что для подключения оборудования понадобится прокладка соответствующих линий, которые будут иметь определенное нормативами сопротивление. Недостатком является относительная доступность обычному персоналу.

Для заземления используют проводники из меди, черной и оцинкованной стали. Сечения и другие характеристики изделий подбираются с учетом электрических параметров установки и условий ее эксплуатации.

$Грунты$

Грунты, в которых устанавливают устройства заземления

Источник https://zandz.com/ru/otvety-na-voprosy/zazemlenie_chto_eto_takoe_i_kak_ego_sdelat/

Источник https://gorgaznn.ru/zashchita/zashchitnoe-zazemlenie-opredelenie.html

Источник https://math-nttt.ru/bezopasnost/naznachenie-zashchitnogo-zazemleniya.html

Заземление. Что это такое и как его сделать.

1 часть. Заземление

А. Термины и определения

Б. Назначение (виды) заземления

Б1. Рабочее (функциональное) заземление

Б2. Защитное заземление

Б2.1. Заземление в составе внешней молниезащиты

Б2.2. Заземление в составе системы защиты от перенапряжения (УЗИП)

Б2.3. Заземление в составе электросети

В. Качество заземления. Сопротивление заземления.

В1. Факторы, влияющие на качество заземления

В1.1. Площадь контакта заземлителя с грунтом

В1.2. Электрическое сопротивление грунта (удельное)

В2. Существующие нормы сопротивления заземления

В3. Расчёт сопротивления заземления

А. Термины и определения

Б. Назначение (виды) заземления

Б1. Рабочее (функциональное) заземление

Б2. Защитное заземление

Б2.1. Заземление в составе молниезащиты

Б2.2. Заземление в составе системы защиты от импульсного перенапряжения (УЗИП)

Б2.3. Заземление в составе электросети

В. Качество заземления. Сопротивление заземления.

В1. Факторы, влияющие на качество заземления

В1.1. Площадь контакта заземлителя с грунтом.

В1.2. Электрическое сопротивление грунта (удельное)

В2. Существующие нормы сопротивления заземления

В3. Расчёт сопротивления заземления

Строительство заземлителей

2 часть. Традиционные способы строительства заземляющих устройств (описание, расчёт, монтаж)

1 часть. Заземление (общая информация, термины и определения)

2 часть. Традиционные способы строительства заземляющих устройств (описание, расчёт, монтаж)

3 часть. Современные способы строительства заземляющих устройств (описание, расчёт, монтаж)

Г. Основные способы строительства

Г1. Несколько коротких электродов (“уголок и кувалда”)

Г1.1. Особенности решения

Г1.1.1. Промерзание грунта зимой

Г1.1.2. Взаимное “экранирование”/ “затенение” электродов

Г1.2. Расчёт получаемого сопротивления заземления и необходимого количества заземляющих электродов

Г1.3. Монтаж

Г1.4. Достоинства и недостатки

Г1.5. Уменьшение количества электродов

Г2. Одиночный глубинный электрод (“обсадная труба”)

Г2.1. Особенность решения

Г2.2. Расчёт получаемого сопротивления заземления

Г2.3. Монтаж

Г2.4. Достоинства и недостатки

Г. Основные способы строительства

Г1. Несколько коротких электродов (“уголок и кувалда”)

Г1.1. Особенности решения

Г1.1.1. Промерзание грунта зимой

Г1.1.2. Взаимное “экранирование”/ “затенение” электродов

Г1.2. Расчёт получаемого сопротивления заземления и необходимого количества заземляющих электродов

Г1.3. Монтаж

Г1.4. Достоинства и недостатки

Г1.5. Уменьшение количества электродов

Г2. Одиночный глубинный электрод (“обсадная труба”)

Г2.1. Особенность решения

Г2.2. Расчёт получаемого сопротивления заземления

Г2.3. Монтаж

Г2.4. Достоинства и недостатки

Г2.1. Особенность решения

Г2.2. Расчёт получаемого сопротивления заземления

Г2.3. Монтаж

Г2.4. Достоинства и недостатки

Современные технологии

3 часть. Современные способы строительства заземляющих устройств (описание, расчёт, монтаж)

1 часть. Заземление (общая информация, термины и определения)

2 часть. Традиционные способы строительства заземляющих устройств (описание, расчёт, монтаж)

3 часть. Современные способы строительства заземляющих устройств (описание, расчёт, монтаж)

Д. Основные способы строительства

Д1. Модульное заземление (для обычных грунтов)

Д1.1. Особенности решения

Д1.1.1. Универсальность и простота применения

Д1.1.2. Долгий срок службы

Д1.1.3. Зависимость уменьшения сопротивления заземления от увеличения глубины электрода

Д1.1.4. Суперкомпактность

Д1.1.5. Никакой сварки

Д1.2. Расчёт получаемого сопротивления заземления

Д1.3. Монтаж

1 часть. Заземление
(общая информация, термины и определения)

2 часть. Традиционные способы строительства заземляющих устройств
(описание, расчёт, монтаж)

3 часть. Современные способы строительства заземляющих устройств
(описание, расчёт, монтаж)

1 часть. Заземление
(общая информация, термины и определения)

2 часть. Традиционные способы строительства заземляющих устройств
(описание, расчёт, монтаж)

3 часть. Современные способы строительства заземляющих устройств
(описание, расчёт, монтаж)